机床主轴系统的计算机辅助公差设计与优化

发布时间：2017-09-28 01:07

  本文关键词：机床主轴系统的计算机辅助公差设计与优化

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【摘要】：当今制造业瞬息万变,如何在产品设计初期就确保初始设计方案的可靠性与正确性,是一个亟待解决的问题。主轴作为机床的核心功能部件,其性能一直是评价机床的工作性能的重要指标。本文在分析国内外计算机辅助公差设计和主轴系统公差设计现状的基础上,系统研究了主轴系统的误差模型、公差约束的数学模型及公差分析方法等,开发了主轴系统公差分析软件,最后利用公差分析软件CETOL6sigma验证了本次研究成果的准确性和可靠性。本文主要研究内容如下:第一章重点阐述了计算机辅助公差设计和主轴系统公差设计的研究现状,分析总结了现阶段中研究存在的问题,在此基础上提出了本次研究的课题,最后对论文研究的主要内容和论文框架作了简要介绍。第二章分析了本课题的研究思路及方法,研究了主轴系统误差建模相关的理论与方法,建立了两支承主轴系统误差模型。同时研究了尺寸公差和形位公差约束的数学模型,着重对尺寸公差的圆柱副接触和形位公差中的平行度和圆度公差语义进行了详细的表述。最后研究了敏感度、贡献度及常用公差分析方法,并对敏感度、贡献度和统计法等的计算公式做了详细推导,为之后的主轴系统公差分析软件的编制提供了理论依据。第三章研究对比了各种软件开发平台,然后选择Matlab软件为开发平台,从软件的功能模块分析、软件的设计流程、软件的用户界面等几方面,详尽的阐述了主轴系统公差分析软件开发流程,为后面各类型主轴系统的公差分析提供了良好的工具和平台。以某机床厂主轴系统为例,以机床厂经验法所得到的公差作为输入参数,仿真检验其公差设计效果,并以公差的贡献度和敏感度为量化依据,对主轴系统的初始公差进行调整和优化。最后以优化后的公差数值为基础,将主轴系统的跨距参数和公差设计相结合,研究主轴系统的跨距参数与装配质量之间的变化规律。第四章研究了常用公差分析软件及其异同点,运用CAD软件建立了主轴系统的三维几何模型,并对其进行了结构简化。然后利用公差分析软件CETOL 6sigma,从分析目标、各零件之间的运动副关系、各零件的拓扑关系上入手,建立了主轴系统的公差设计仿真模型,以验证本次研究成果的准确性和可靠性。第五章总结了全文的内容和研究工作,并对主轴系统公差分析与优化的后续研究进行了展望。
【关键词】：主轴系统 公差设计 贡献度 敏感度 CETOL 6sigma
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG502.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 计算机辅助公差设计11-13
• 1.2.2 主轴系统公差设计13-14
• 1.2.3 主轴系统结构设计14-15
• 1.2.4 国内在主轴系统公差设计中存在的不足15-16
• 1.3 课题来源、提出及研究意义16-17
• 1.3.1 课题来源与提出16
• 1.3.2 课题的研究意义16-17
• 1.4 本文研究的主要内容及框架17-20
• 2 主轴系统公差设计的建模与分析方法20-40
• 2.1 课题研究思路与方法20-22
• 2.2 主轴系统误差模型的建立22-28
• 2.2.1 主轴系统误差建模基础理论与方法22-25
• 2.2.2 主轴系统误差的数字化建模25-28
• 2.3 公差约束的数学表示28-34
• 2.3.1 公差的一般语义29-30
• 2.3.2 尺寸公差数学模型30-31
• 2.3.3 形位公差数学模型31-34
• 2.4 敏感度和贡献度分析34-37
• 2.4.1 敏感度性质与计算34-36
• 2.4.2 贡献度性质与计算36-37
• 2.5 常用公差分析方法37-39
• 2.5.1 极值法37-38
• 2.5.2 统计法38-39
• 2.6 本章小结39-40
• 3 主轴系统公差分析软件编制及应用示例40-56
• 3.1 仿真平台的简介与选择40-42
• 3.1.1 Microsoft Visual C++仿真平台简介40
• 3.1.2 Visual Basic仿真平台简介40-41
• 3.1.3 Matlab仿真平台简介41
• 3.1.4 仿真平台的选择与运用41-42
• 3.2 主轴系统公差分析软件开发42-45
• 3.2.1 软件模块及功能分析42-43
• 3.2.2 软件设计流程图43-44
• 3.2.3 用户界面设计44-45
• 3.3 主轴系统公差分析软件应用45-54
• 3.3.1 主轴系统的结构组成45-46
• 3.3.2 主轴系统的装配质量要求46-47
• 3.3.3 公差仿真检验与分析47-53
• 3.3.4 变跨距下公差仿真分析53-54
• 3.4 本章小结54-56
• 4 主轴系统公差设计仿真模型验证56-72
• 4.1 计算机辅助公差分析的简介56-57
• 4.2 主轴系统三维几何模型建立57-59
• 4.2.1 主轴系统的结构分析与简化57
• 4.2.2 主轴系统零件的装配顺序确定57-59
• 4.3 主轴系统公差设计仿真模型建立59-69
• 4.3.1 分析目标的定义59-60
• 4.3.2 各零件运动副关系的定义60-65
• 4.3.3 零件拓扑关系的定义65-69
• 4.4 公差仿真结果验证69-71
• 4.4.1 公差分析结果对比69-70
• 4.4.2 贡献度和敏感度对比70-71
• 4.5 本章小结71-72
• 5 总结与展望72-74
• 5.1 全文总结72-73
• 5.2 工作展望73-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-80
• 附录80-84
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果84

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