检索结果-内蒙古大学图书馆

机械工程学报 2025年

作者：张友李聪波曹华军陶桂宝重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室

内啮合强力珩齿工艺产生的特殊齿面纹理可有效降低啮合噪声，被广泛应用于新能源汽车电驱传动系统的齿轮加工中。内啮合强力珩齿工艺涉及多轴联动和复杂的刀具运动轨迹，几何误差数量众多、耦合机理复杂，对加工精度影响更为显著。为提... 详细信息

内啮合强力珩齿工艺产生的特殊齿面纹理可有效降低啮合噪声，被广泛应用于新能源汽车电驱传动系统的齿轮加工中。内啮合强力珩齿工艺涉及多轴联动和复杂的刀具运动轨迹，几何误差数量众多、耦合机理复杂，对加工精度影响更为显著。为提高珩齿加工精度，提出一种内啮合强力珩齿机几何误差建模与迭代补偿方法。首先系统分析多轴耦合下内啮合强力珩齿机几何误差的传递机理，建立内啮合强力珩齿机的几何误差模型，然后构建几何误差与工件齿面偏差的映射模型，通过敏感性分析识别出影响工件齿面偏差的关键几何误差，提出面向关键几何误差的迭代补偿策略，最后通过案例分析和补偿方法对比，验证所提方法的有效性和实用性。

关键词：几何误差建模迭代补偿内啮合强力珩齿敏感性分析

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机器人加工几何误差建模研究:Ⅰ空间运动链与误差传递

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机械工程学报 2021年第7期57卷 154-168页

作者：李文龙谢核尹周平丁汉华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室武汉430074

以机器人作为制造装备执行体,集成视觉等智能传感器,实现大型复杂零件小余量磨削/铣削/切边/制孔是智能制造的前沿研究方向之一,目前加工误差难以降低是制约其应用的主要难题。以加工误差降低为主要目标,以机器人、视觉传感器、工件、... 详细信息

以机器人作为制造装备执行体,集成视觉等智能传感器,实现大型复杂零件小余量磨削/铣削/切边/制孔是智能制造的前沿研究方向之一,目前加工误差难以降低是制约其应用的主要难题。以加工误差降低为主要目标,以机器人、视觉传感器、工件、工具为主要对象,研究视觉引导的机器人加工几何误差建模与精度控制,具体包括:在第Ⅰ部分介绍几何误差建模与参数辨识国内外研究现状,研究机器人加工空间运动链与加工误差度量指标定义,推导静态误差(源于工件/工具位姿误差)定量传递模型与动态误差(源于关节运动学误差/关节弱刚度)定量传递模型;在第Ⅱ部分建立手眼位姿参数、工件位姿参数、工具位姿参数等精确辨识的目标函数与计算方法,在考虑关节运动学误差和弱刚度变形的情况下,提出面向整体误差控制的机器人加工(磨削/铣削/切边/制孔等)位姿优化通用模型。

关键词：几何误差建模空间运动链位姿参数辨识加工误差传递

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超精密加工几何误差建模理论与实验研究

超精密加工几何误差建模理论与实验研究

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作者：张利南昌大学

学位级别：硕士

超精密加工技术是实现亚微米级形状精度及纳米级表面粗糙度的主导方法,其几何误差是加工过程中的主要误差,极大地影响着零件的加工精度。通过对超精密加工几何误差进行辨识及补偿,可以有效提髙零件加工质量。然而,目前所采用的非切削误... 详细信息

超精密加工技术是实现亚微米级形状精度及纳米级表面粗糙度的主导方法,其几何误差是加工过程中的主要误差,极大地影响着零件的加工精度。通过对超精密加工几何误差进行辨识及补偿,可以有效提髙零件加工质量。然而,目前所采用的非切削误差辨识方法并不能精准反映超精密加工过程中的几何误差,从而不能有效地进行几何误差补偿,提高零件加工质量。为此,本文针对超精密加工影响零件质量的几何误差开展研究,提出超精密加工几何误差的精准辨识方法,从而实现关键几何误差补偿。主要研究工作包括:首先,基于多体系统运动学理论,描述加工过程中刀具与工件的相对运动,探究几何误差及其导致的加工误差间的映射关系,建立空间几何误差模型,实现空间几何误差模型的参数化。然后,进一步结合设计特征结构,探明空间几何误差的逆映射关系,建立其辨识模型,提出基于该特征结构的几何误差辨识方法,并通过五轴超精密加工,获得加工几何误差,验证该模型的有效性,实现精准辨识。最后,运用已建立的空间几何误差模型,采用Sobol全局灵敏度分析方法,更进一步探究各项几何误差对加工精度的影响规律,结合表面生成仿真,深入揭示影响加工质量的关键几何误差。本文围绕超精密加工几何误差的辨识及其对加工质量的影响展开研究,建立几何误差及其辨识模型,提出基于特征结构的几何误差辨识方法,分析几何误差的影响规律,实现了几何误差的辨识及其关键补偿,对零件高质量加工具有一定的指导意义。

关键词：超精密加工几何误差几何误差建模几何误差辨识几何误差影响

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曲轴综合测量机几何误差建模及补偿技术研究

曲轴综合测量机几何误差建模及补偿技术研究

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作者：张洋西安工业大学

学位级别：硕士

曲轴综合测量机是基于坐标测量原理研制的一种高端数控精密测量设备,以其精度高、效率高、测量项目多等优点,逐步成为曲轴制造企业的关键检测装备。与传统坐标测量机测头前端采用的测球不同,曲轴综合测量机的测头前端采用了测板,在测量... 详细信息

曲轴综合测量机是基于坐标测量原理研制的一种高端数控精密测量设备,以其精度高、效率高、测量项目多等优点,逐步成为曲轴制造企业的关键检测装备。与传统坐标测量机测头前端采用的测球不同,曲轴综合测量机的测头前端采用了测板,在测量曲轴连杆颈时接触点沿着测板前端母线不断变化。曲轴综合测量系统的几何误差对测量结果的影响与传统坐标测量机也不同。因此,很有必要对其进行几何误差建模与误差敏感性分析,为曲轴综合测量机的机械结构设计和误差补偿提供理论支撑。首先,从曲轴综合测量机的系统组成与测量原理出发,基于多体系统理论描述了曲轴综合测量机的拓扑结构;利用齐次坐标变换理论推导了曲轴连杆颈上的被测点在基准坐标系中的位置;最终建立了曲轴综合测量机的空间综合误差模型。其次,为了描述各项几何误差对曲轴综合测量机的检测精度的影响程度,基于矩阵微分法与归一化处理的方式对其进行了全局敏感性分析;结合相关算例,实现了对曲轴综合测量机检测精度影响较大的关键误差溯源。结果表明:曲轴综合测量系统21项几何误差中有6项对径向测量精度影响显著,且敏感性占比高达87%～92%。再次,为了研究误差补偿技术对圆度及圆柱度误差评定结果的影响,以曲轴连杆颈的圆度与圆柱度形位误差评定为主,编写了误差评定程序。基于MATLAB软件设计了圆度与圆柱度误差评定界面,实现对实测数据、关键误差补偿后的数据与全部误差补偿后的数据的评定与显示。此外,针对不同类型的曲轴编写了综合的参数化建模程序,通过不断记录实际测点与理论测点之间的误差值,为后文的仿真试验提供数据来源。最后,为了验证误差补偿模型的正确性,采用数值仿真正交试验与蒙特卡洛法相结合的方式,获得了多组试验数据。对这些试验数据进行评估,结果显示:对测量数据进行关键误差补偿,将圆度误差的准确性提升了 80%～85%;将圆柱度误差的准确性提升了78.5%～82.5%,与前文敏感性分析结果趋于一致,充分验证了该理论的正确性。

关键词：曲轴综合测量机多体系统理论几何误差建模敏感性分析误差补偿蒙特卡洛方法

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机器人加工几何误差建模及工程应用

机器人加工几何误差建模及工程应用

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作者：谢核华中科技大学

学位级别：博士

加工误差难以降低严重制约了工业机器人在大型复杂零件精密加工中的应用,其中机器人位姿误差、手眼参数误差、工件位姿误差与工具位姿误差等几何因素是引起加工误差的关键。例如空载状态机器人的位姿误差90%是由关节运动学误差引起的,... 详细信息

加工误差难以降低严重制约了工业机器人在大型复杂零件精密加工中的应用,其中机器人位姿误差、手眼参数误差、工件位姿误差与工具位姿误差等几何因素是引起加工误差的关键。例如空载状态机器人的位姿误差90%是由关节运动学误差引起的,而由弱刚性引起的几何误差则是机床的50倍,灵巧性、碰撞避免、关节极限与工作空间等约束也极大增加了机器人加工误差研究的复杂性。本文综合考虑上述因素,以机器人、视觉传感器、工件与工具为研究对象,以控制加工误差为目标,对机器人加工误差传递、参数辨识、位姿优化等几何误差建模问题进行深入研究,提出多种降低加工误差的理论与方法,并应用到工程实践中。主要研究成果包括:(1)机器人加工系统运动链与加工误差传递建模。构建机器人加工系统空间运动链,研究几何参数对加工误差的影响规律;提出考虑曲率特征的加工误差定义方法,统一现有的点-点、点-切面距离表示的误差定义方法,提高加工误差理论计算精度;应用空间运动链与加工误差定义方法,建立关节运动学误差、关节刚度、工件/工具位姿误差与加工误差的传递模型,为几何参数精确辨识与整体位姿优化提供理论基础。(2)考虑关节运动学误差补偿的手眼参数辨识。研究以Kronecker积为数学工具的关节运动学参数/手眼参数初值的同步求解方法,建立关节运动学误差/手眼误差与机器人末端定位误差的传递模型,提出关节运动学误差补偿与手眼误差辨识/校正方法,解决手眼参数辨识精度受限于机器人运动精度的局限性;提出迭代求解最佳旋转正交矩阵的微分运动法,避免Schmidt方法多解性带来的不确定误差,该方法具有通用性(不局限于手眼旋转矩阵求解),适用于一般非标准旋转矩阵的正交化计算。(3)考虑测量缺陷影响的工件位姿参数辨识。提出以距离方差最小化为目标的点云匹配新方法,解决现有ICP/TDM等匹配方法因测量点云存在形状不封闭、密度不均匀、高斯噪声等现场固有缺陷产生的匹配失真问题(切向滑移与不平衡倾斜);通过严格的数学推导证明了方差最小化匹配与TDM匹配等效的充分条件:所有测点及其法矢构成的线矢量(Plücker坐标)之和等于矢量零,并通过仿真实验与实测实验验证所提匹配方法的二阶快速收敛性,以及抑制测量缺陷/高斯噪声/切向滑移的有效性,该方法已用于中航发某厂14款航空铸造/机加叶片的快速定位与检测,经济效益提升显著。(4)基于曲面加工误差估计的工具位姿参数辨识。以加工误差传递模型为基础,建立工件/工具位姿误差与隐函数/参数曲面加工误差的映射模型,定量推导位姿误差与圆柱、球面、平面和一般曲面加工误差的映射关系;定义加工误差估计值与实际值的残差平方和目标函数,将7个变量的位姿参数辨识转换为大规模点云匹配问题,提高了位姿参数辨识的稳定性。相比现有的多点构造法,该方法1)反应了工具在加工时因抖动、受力变形、回转轴误差引起的位姿误差;2)不受靶标与工件形状限制,适用于航空/核电叶片、机翼蒙皮等一般曲面工件的位姿参数辨识与误差校正。(5)基于加工误差控制的位姿优化通用模型。提出采用工具/工件坐标系微调实现加工误差的整体补偿方法,可避免修改所有目标点来降低整体加工误差;以控制加工误差为目标函数,以关节极限、运动灵巧性、碰撞避免、可达工作空间为约束条件,建立工件/工具/机器人位姿优化通用模型,该模型可推广应用于法向深度(磨削/铣削)、切向滑移(制孔)、角度倾斜(切边/制孔)等多种类型加工误差的控制,具有通用性。(6)在上述研究基础上,开发出机器人加工系统几何参数辨识软件模块,应用于机器人磨削/切边系统的几何参数自动辨识(关节运动学参数、手眼参数、工件位姿参数、工具位姿参数);并以标准圆柱实际加工作为对比实验,验证了本章所提加工误差控制方法的有效性,最后将所提方法应用于2款叶片的磨削与4款蒙皮的切边,叶片加工后的前后缘半径、凹凸面偏差、最大厚度、粗糙度等均控制在设计要求范围内,蒙皮切边后的对缝间隙符合工艺要求。

关键词：机器人加工几何误差建模误差补偿参数辨识位姿优化

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高速直驱数控机床几何误差的建模分析及作用规律研究

高速直驱数控机床几何误差的建模分析及作用规律研究

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作者：白丹辉华中科技大学

学位级别：硕士

高速直驱数控机床具有系统结构简单、响应速度快、加工精度高、低磨损、维护方便等优点,已在医疗器械、航空航天以及消费电子加工领域得到了应用,但机床制造和装配不精确所产生的几何误差会对加工精度造成影响。本文建立了高速直驱数控... 详细信息

高速直驱数控机床具有系统结构简单、响应速度快、加工精度高、低磨损、维护方便等优点,已在医疗器械、航空航天以及消费电子加工领域得到了应用,但机床制造和装配不精确所产生的几何误差会对加工精度造成影响。本文建立了高速直驱数控机床的几何误差模型,搭建了用于研究几何误差的实验平台,并探究了几何误差的作用规律。论文的主要研究工作有:(1)针对高速直驱数控机床,分析了机床的结构特点和误差源,明确了所要研究的几何误差项;基于多体系统理论,描述了机床部件之间的静止和运动变换,计算了理想运动和实际运动的变换矩阵;建立了高速直驱数控机床的几何误差模型,得到了几何误差和机床加工误差之间的映射关系。(2)根据高速直驱数控机床的进给方式、结构特点及性能要求,完成实验平台三维结构的设计与技术参数的确定;说明了实验平台几何误差的测量条件与方法,并设计了实验方案;按照测量要求,完成了实验平台几何误差的测量,并对测量结果进行了处理和分析。(3)研究了几何误差的作用规律。基于几何误差模型和实验数据,引入矩阵微分法对不同几何误差项的灵敏度进行计算;借助MATLAB分别对单轴和多轴作用下的误差累积过程进行了仿真计算;依据实验采集数据,使用多项式拟合的方法建立了几何误差作用下的加工误差预测模型,并进行了验证。

关键词：直驱进给系统几何误差建模灵敏度分析误差累积加工误差预测

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超精密车床几何误差建模、分析及补偿加工研究

超精密车床几何误差建模、分析及补偿加工研究

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作者：陈冉华中科技大学

学位级别：硕士

目前,超精密加工技术在光学器件制造、精密装备制造、国防等众多领域都起着重要作用。超精密车床作为促进超精密加工技术发展的关键技术设备,虽然在其制造、装配过程中都按照最严苛的标准进行,但仍然无法完全消除误差。这些误差直接影... 详细信息

目前,超精密加工技术在光学器件制造、精密装备制造、国防等众多领域都起着重要作用。超精密车床作为促进超精密加工技术发展的关键技术设备,虽然在其制造、装配过程中都按照最严苛的标准进行,但仍然无法完全消除误差。这些误差直接影响着机床的加工精度,故有必要对上述加工误差进行研究,分析其对最终加工精度的影响,并通过调整或补偿的方式降低其对加工的影响,从而进一步提升超精密加工的精度。本文从超精密车床的几何误差入手,开展几何误差建模及测量、灵敏度分析、误差辨识及补偿加工等相关工作,主要内容如下:首先,为反映超精密车床21项几何误差与最终加工误差间的关联,本文以齐次坐标变换和多体系统理论为基础,完成三轴超精密车床的几何误差建模。在完成建模工作后,又使用现有的激光干涉仪设备对超精密机床线性轴的几何误差项进行测量,为几何误差模型中部分误差项的参数化提供依据。然后,为分析不同几何误差项在最终加工误差中所占的比重,本文引入Sobol全局灵敏度分析方法。首先在机床整体加工空间下,就几何误差项对各向误差分量的影响规律进行研究;随后又针对具体加工面形误差进行敏感误差项分析,为后续的加工误差辨识及补偿工作提供理论基础。最后,本文在Nanoform 250 ultra超精密车床上开展相应的加工及补偿实验,首先对铝合金(Al6061)进行端面切削,并对加工误差进行辨识及补偿验证。随后又通过慢刀伺服加工技术对正弦阵列曲面开展加工及补偿实验,进一步验证了上述工作的有效性。

关键词：超精密几何误差建模灵敏度分析慢刀伺服误差辨识及补偿

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基于五轴数控磨齿机的整机几何误差建模及机床精度设计

基于五轴数控磨齿机的整机几何误差建模及机床精度设计

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作者：张万利西安理工大学

学位级别：硕士

高精密数控机床是国家“2025”战略层面的基础制造装备,精度分配是机床逆向精度设计中的重中之中。本文以五轴数控磨齿机为例,以提高机床空间几何精度为目的,基于标准齐次坐标变换,多体系统理论等方法构建刀具和工件的空间几何模型,并... 详细信息

高精密数控机床是国家“2025”战略层面的基础制造装备,精度分配是机床逆向精度设计中的重中之中。本文以五轴数控磨齿机为例,以提高机床空间几何精度为目的,基于标准齐次坐标变换,多体系统理论等方法构建刀具和工件的空间几何模型,并利用小误差假设模型进行简化,最终得出数控机床整机几何误差模型;根据机床几何误差模型和直接矩阵微分法得出数控机床各单项几何误差的灵敏度,并以此为基础进行机床精度分配;利用激光干涉仪完成部分几何误差项得测量,通过修改数控代码实现几何误差补偿。本文的主要工作有:针对数控机床的空间结构特点,基于多体系统理论以及标准齐次坐标变换原理,经过小误差假设模型简化,最终建立了数控机床空间几何误差综合通用数学模型;并建立五轴数控磨齿机的整机几何误差综合模型,模型涉及37个误差分量。以五轴数控磨齿机为实验对象,利用RENISHAW激光干涉仪测量了X轴、Y轴和Z轴相关的定位误差和直线度误差,解析计算得出X轴滚摆角误差;并以X轴、Y轴和Z轴定位误差为例进行补偿;实验证明数控代码可以有效降低数控机床几何误差峰值。对各个单项几何误差分量进行了灵敏度分析,运用直接微分法推导出数控机床灵敏度分析模型,解析计算得出各项几何误差的灵敏度系数并进行归一化处理,由此得到影响数控机床空间几何误差的主要误差项,为后期研究数控机床精度设计奠定基础;综合了X方向、Y方向和Z方向的几何误差,以五轴数控磨齿机为例,基于末端运动精度要求和关键设计参数,在工作空间内分别各单项误差进行精度分配。基于整机空间几何误差建模以及灵敏度分析方法，利用MATLAB GUI设计开发了机床精度分析专家系统软件;该软件能够实现整机几何误差模型自动化计算以及单项误差权重快速分析，其中包括所有三轴数控机床以及大部分常用五轴数控机床。

关键词：几何误差建模误差测量灵敏度分析软件开发

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数控车床几何误差建模与应用

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机床与液压 2017年第9期45卷 145-148页

作者：王建亮刘润爱太原理工大学机械工程学院山西太原030024

以多体系统理论为基础结合齐次坐标变换原理,以i5T5.2型数控车床为例,分析其组成部件及拓扑结构,通过Matlab软件编写程序建立了该型车床的几何误差模型。通过计算机快速准确地对误差模型进行分析,并将分析结果以统计图的形式显示,便于... 详细信息

以多体系统理论为基础结合齐次坐标变换原理,以i5T5.2型数控车床为例,分析其组成部件及拓扑结构,通过Matlab软件编写程序建立了该型车床的几何误差模型。通过计算机快速准确地对误差模型进行分析,并将分析结果以统计图的形式显示,便于发现误差分布规律及误差作用规律。通过机床实际加工棒料测得加工误差并与机床误差建模分析结果对比,较好地验证了模型的正确性。在后续实际加工中应用误差建模分析数据进行误差补偿,有效地提高了该型机床的加工精度。

关键词：数控车床几何误差建模多体系统理论 Matlab编程齐次坐标变换

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超精密模辊机床几何误差建模及其补偿策略的研究

超精密模辊机床几何误差建模及其补偿策略的研究

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作者：周中奇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

微结构表面是指具有特定的微小拓扑结构、形状尺寸只有几微米到几十微米、形状误差达到亚微米级、表面粗糙度达到纳米级、可以实现某种特定功能的表面结构,它在航天、能源、IT等领域都有广泛的应用。近几年随着大屏幕智能手机以及大尺... 详细信息

微结构表面是指具有特定的微小拓扑结构、形状尺寸只有几微米到几十微米、形状误差达到亚微米级、表面粗糙度达到纳米级、可以实现某种特定功能的表面结构,它在航天、能源、IT等领域都有广泛的应用。近几年随着大屏幕智能手机以及大尺寸液晶显示屏的普及,各类光学微结构膜片的应用日渐增加。而Roll-to-Roll压印技术凭借其加工效率高、良品率好、适合大批量生产等优点在众多加工方法中脱颖而出,是目前最有发展前景的大批量微结构加工技术。作为Roll-to-Roll压印技术的核心元件,辊筒模具表面微结构的加工质量将直接影响所压印膜片的好坏,因此对超精密辊筒模具加工机床具有非常高的要求。目前辊筒模具的超精密加工技术被国外垄断,其机床售价高达数千万元,而国内相关领域的研究才刚刚起步。目前国内自主研制的超精密模辊机床与国外存在一定的差距,究其原因还是在加工精度上存在一定问题。而几何误差作为影响机床加工精度的最主要误差源之一,会直接导致刀具的实际轨迹与理想轨迹出现偏差从而影响模具微结构表面的加工质量。鉴于此,本文基于实验室自主研制的国内首台大尺寸辊筒模具超精密加工机床,针对机床的几何误差开展研究,目的是为了减小机床几何误差对模具表面微结构的加工精度的影响从而压印出高质量的光学膜片。为此,本文主要包含以下几方面内容:首先,利用多体系统理论的低序体阵列将机床的机械结构转化为拓扑结构,然后利用齐次坐标变换的方式推导出机床的几何误差模型,得到机床在两个直线轴方向上的误差表达式,从而为后续的补偿提供前提基础。其次,利用激光干涉仪对几何误差模型中涉及到的各单项误差进行精确测量。考虑到实际加工过程中不同的微结构功能表面加工特点并不相同,本文分别提出了最优多项式拟合数控指令修正法以及NURBS拟合曲线插补补偿法对机床的几何误差进行补偿并进行了理论计算。最后为了说明两种补偿方法的可行性分别进行了环槽微结构阵列切削实验以及自由曲面加工检测实验,对补偿前后的加工结果进行检测对比。从最终的结果上看本文提出的补偿方法可以明显减小机床几何误差对加工精度的影响,使辊筒模具微结构表面的加工质量得到明显提升。

关键词：超精密模辊机床微结构表面几何误差建模误差补偿工艺实验

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