检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：王世博哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

超精密加工技术不仅在航空航天等尖端国防领域具有重要意义,而且在许多国民经济领域中扮演着越来越重要的角色,已成为与人们生活息息相关的重要技术。超精密机床作为超精密加工技术的载体,其加工精度直接影响到超精密加工技术的发展。... 详细信息

超精密加工技术不仅在航空航天等尖端国防领域具有重要意义,而且在许多国民经济领域中扮演着越来越重要的角色,已成为与人们生活息息相关的重要技术。超精密机床作为超精密加工技术的载体,其加工精度直接影响到超精密加工技术的发展。机床的加工误差包括静态误差和动态误差。其中,静态误差涵盖了机床的几何误差、热误差等因素;而动态误差则是指由机床运动控制系统的超调或延迟所引起的轨迹误差。因此,对机床运动控制系统和机床几何误差进行研究,有利于提高其加工精度。除此之外,超精密机床的加工精度还受到其他因素(如热误差等)的影响,这些误差难以进行补偿。因此,在以上两项研究的基础上,进一步开展面形误差的误差补偿技术研究能够有效地提升超精密机床的加工精度。本文以三轴超精密车床为研究对象,以提高三轴超精密车床的加工精度为目标,对车床运动控制系统、车床空间几何误差、工件面形的在位测量及在位补偿技术三个方向进行了研究。为了提高三轴超精密车床的动态特性,需要设计伺服特性良好的运动控制系统来减小其动态误差。选择了EtherCAT实时以太网技术作为机床控制系统的伺服驱动总线,通过选型和电气系统设计,搭建硬件平台。在此基础上,进行了阶跃信号响应和正弦信号响应测试,并对各轴系的控制系统进行调试,以提高三轴超精密车床的动态特性。开展三轴超精密车床空间几何误差的研究来减小其静态误差。基于多体系统动力学方法对三轴超精密车床进行几何误差建模。采用偏微分法对三轴超精密车床几何误差模型进行敏感性分析。根据敏感性分析结果有针对性的对部分几何误差项进行测量和补偿,以降低三轴超精密车床的静态误差。针对工件的面形误差,研究在位测量与在位补偿技术,能进一步提高三轴超精密车床的加工精度。采用白光共焦传感器搭建在位测量系统;进行测量对比实验,验证其精度。设计在位补偿方案,开展工件的在位补偿实验,验证在位补偿方法的有效性。

关键词：超精密加工运动控制系统几何误差建模在位测量在位补偿

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数控成形磨齿机关键几何误差辨识与在机检测误差控制

数控成形磨齿机关键几何误差辨识与在机检测误差控制

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作者：陈志炜扬州大学

学位级别：硕士

成形磨齿是重要的齿轮精加工工艺,适用于大规格高精度齿轮加工,但也存在磨削误差传递机理不明确、误差精准补偿难、在机精密检测难等问题,研究数控成形磨齿机加工误差控制对我国齿轮精密制造具有极其重要的现实意义。成形磨齿属于典型... 详细信息

成形磨齿是重要的齿轮精加工工艺,适用于大规格高精度齿轮加工,但也存在磨削误差传递机理不明确、误差精准补偿难、在机精密检测难等问题,研究数控成形磨齿机加工误差控制对我国齿轮精密制造具有极其重要的现实意义。成形磨齿属于典型的空间异形线接触加工方式,空间接触线的形态与刀具和工件之间的相对位置状态密切相关,因此相较于传统点接触加工方式的机床,成形磨齿机对于几何误差更为敏感,其误差传递过程也更为复杂,给精密磨齿加工提出了更大的挑战。此外受检测链几何误差影响,磨齿机在机检测精度偏离齿轮实际精度,而成形磨齿机检测链和加工链共用一条机床运动链,误差耦合作用加剧了在机检测结果的不确定性。为此,论文针对数控成形磨齿机磨削系统误差建模、关键几何误差辨识以及在机检测系统误差控制三方面展开研究,主要包括以下内容:1.建立了机床几何误差与成形磨齿齿面加工误差评价偏差(Gear Evaluation Deviations,GED)之间的定量映射模型。首先基于齐次坐标变换和多体系统理论,建立以刀具空间位姿误差为目标的综合运动变换矩阵。然后结合成形磨齿接触条件,建立砂轮和齿轮之间的相对位置状态与空间接触线位姿之间的定量映射关系。接着通过修改接触条件,计算接触线上满足误差评价要求的点进行GED的计算,建立机床几何误差与3项齿廓偏差及3项螺旋线偏差之间的直接映射关系。所建模型不仅可以直接给定被加工实际齿面的数学模型,同时还直接建立了机床几何误差与GED之间的映射关系,为基于齿面加工偏差的机床误差溯源以及关键几何误差辨识提供了理论基础。2.采用改进的Morris全局灵敏度分析方法对影响数控成形磨齿齿面评价偏差的关键几何误差进行辨识,并用数值模拟的方法验证了辨识结果的准确性。由于齿廓偏差或螺旋线偏差的计算均需在多条接触线上取点进行操作,涉及砂轮与齿轮之间多个相对位置。因此首先提出Morris方法中随机误差矩阵的构建新方式,使得误差灵敏度分析过程更加贴近成形磨齿加工工艺。接着结合所建几何误差-齿面评价偏差映射模型分析影响3项齿廓偏差和3项螺旋线偏差的关键几何误差。最后采用一阶偏微分方法对关键几何误差辨识结果进行了数值模拟验证,同时以对关键几何误差补偿的方式,验证了齿面评价偏差关联的关键几何误差辨识结果的准确性。3.提出了解耦检测链几何误差影响的成形磨齿在机检测方法。首先建立含误差的检测链综合运动变换矩阵,结合在机检测过程记录的各运动轴坐标计算测头在工件坐标系中的实际位置,解决了几何误差影响下测头在工件坐标系中准确位置难以确定的问题。接着重新规划在机检测目标点,通过规划检测网格点对局部齿面进行检测,令所测局部齿面完整包括一个端截面或分度圆截面,解决了在机检测点受误差影响不在同一端截面或分度圆截面内,不满足误差评价标准的问题。接着利用NURBS方法对局部齿面进行拟合求取法矢,在法矢方向偏置测头触发半径,以计算测头与齿面实际接触点。最后分别用数值模拟及实验验证的方式验证了所提方法,表明本文所提解耦检测链几何误差影响的成形磨齿在机检测方法在实际工况下的可行性及有效性。

关键词：数控成形磨齿机几何误差建模共轭啮合原理 Morris全局灵敏度分析方法 NURBS曲面拟合

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高性能复杂型面五轴工具磨床设计与研究

高性能复杂型面五轴工具磨床设计与研究

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作者：潘英广广西科技大学

学位级别：硕士

我国在《中国制造2025》明确指出将高档数控机床和机器人列为十大重点领域之一,要开发一批具有精密、高速、高效、高柔性等优点的数控机床与基础设备以及集成制造系统。五轴工具磨床因其高效率、高柔性等优点在制造业中迅速发展,伴随着... 详细信息

我国在《中国制造2025》明确指出将高档数控机床和机器人列为十大重点领域之一,要开发一批具有精密、高速、高效、高柔性等优点的数控机床与基础设备以及集成制造系统。五轴工具磨床因其高效率、高柔性等优点在制造业中迅速发展,伴随着数控刀具产品越来越复杂的趋势下,对五轴工具磨床要求也不断的提高。如今国内的五轴工具磨床均为通用型磨床,即针对标准数控刀具进行加工;而对于具有复杂型线且表面粗糙度要求较高的非标数控刀具,通用型磨床则无法满足加工要求,这对于五轴工具磨床提出了更大的挑战。因此针对具有复杂型面、加工精度要求高等特点的非标数控刀具,设计一种结构简单、性能稳定、精度可靠的五轴工具磨床对数控刀具以及制造业具有重大的意义。本文在此背景下以及企业的实际需求,结合虚拟样机技术对五轴联动工具磨床机械结构的设计、结构静动态特性分析以及几何误差分析等关键问题进行研究,具体包括以下内容:(1)分析国内外五轴工具磨床、虚拟样机技术以及几何误差研究发展现状,了解多种五轴工具磨床的结构布局以及部分参数,并分析工件加工需求。根据工件加工需求以及结构布局形式确定五轴工具磨床的结构布局,完成主要部件的结构设计,其中包括主要支撑部件(床身、立柱)设计、进给部件设计、主轴部件设计以及滚柱丝杆与电机等选型,同时基于Inventor平台对磨床零部件进行建模以及整机样机装配。(2)利用ANSYS workbench有限元分析软件对该五轴工具磨床关键构件(床身、立柱)进行静动态特性分析,探究其刚性与稳定性。对整机进行模态分析以及谐响应分析,根据分析结果来寻找影响磨床动态特性最大的部件,指导后续优化工作。(3)通过多体系统理论与齐次变换理论对五轴工具磨床建立了几何误差模型,并利用Sobol全局灵敏度分析法对磨床几何误差模型辨识影响磨床几何精度的主要误差项,为后续误差补偿提供理论依据。(4)根据有限元分析结果对整机薄弱环节进行优化设计,通过ANSYS workbench平台结合组合试验、统计分析以及响应面法等方法,对主轴箱进行了多目标尺寸优化设计。(5)通过千分表以及激光干涉仪等器材对该五轴工具磨床进行几何精度以及定位精度的检测,确保磨床的高精度。

关键词：五轴工具磨床结构设计静动态特性分析几何误差建模优化设计

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3-PUU并联式弯曲成形机构的优化设计和误差分析

3-PUU并联式弯曲成形机构的优化设计和误差分析

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作者：贾海娇燕山大学

学位级别：硕士

本文旨在对3-PUU并联弯管机的误差进行深入分析和研究。目前,基于并联机构的运动特性,已经提出了一种实现管材复杂轴线一次精确成形的原理,并且开发了相应的设备。然而,在实际应用中,这些设备仍然存在很多误差,造成管材弯曲成形的误差... 详细信息

本文旨在对3-PUU并联弯管机的误差进行深入分析和研究。目前,基于并联机构的运动特性,已经提出了一种实现管材复杂轴线一次精确成形的原理,并且开发了相应的设备。然而,在实际应用中,这些设备仍然存在很多误差,造成管材弯曲成形的误差很大。为此,本文将详细分析和研究3-PUU并联弯管机的几何误差,并提出误差补偿方案,以提高3-PUU并联弯管机的成形精度。首先,为了提高并联弯曲机构的运动性能和工作精度,本文分析了弯曲机构的力传递能力对管材弯曲能力的影响,以并联机构的力传递性能为优化指标,选出了较佳的结构尺寸。在结构尺寸确定后,根据驱动力的大小选择合适的成形参数,确定了优质空间内成形参数的最佳取值范围,从而提高了管材弯曲成形的精度。其次,本文对并联弯曲机的结构和工作原理进行了深入研究和分析,建立了管材和弯曲模的接触角度误差以及并联机构几何误差的数学模型,利用数学软件和三维建模软件进行了仿真验证。同时,通过对几何误差的敏感度分析,找出了并联机构位姿影响最大的误差源,为机构设计提供参考。最后,提出了补偿管材和弯曲模的接触角度误差以及并联机构的几何误差的策略,并使用有限元仿真验证了误差模型和误差补偿策略的正确性。仿真结果表明,误差补偿后的成形精度从35.5745%提高到6.9342%,显著减小了管材弯曲成形的误差。此外,本文还利用有限元仿真软件研究了管材在弯曲过程中的应力分布和变形情况等相关问题。

关键词：并联弯管机几何误差建模误差补偿弯曲成形仿真

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数控滚齿机几何误差建模与补偿研究

数控滚齿机几何误差建模与补偿研究

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作者：夏海生合肥工业大学

学位级别：硕士

高精度是现代数控机床的一个重要发展趋势,数控滚齿机作为一类应用极为广泛的齿轮加工机床,同样有提高精度的要求。基于误差补偿技术对数控机床进行误差补偿,是当今各国研究误差和提高精度的主流方法。本文主要针对数控滚齿机的几何误... 详细信息

高精度是现代数控机床的一个重要发展趋势,数控滚齿机作为一类应用极为广泛的齿轮加工机床,同样有提高精度的要求。基于误差补偿技术对数控机床进行误差补偿,是当今各国研究误差和提高精度的主流方法。本文主要针对数控滚齿机的几何误差补偿问题进行研究,分析研究工作主要从以下几个方面开展： (1)数控滚齿机的几何误差分析。从数控滚齿机的加工原理入手,分析了滚齿、加工过程的各个运动。分别依据滚刀与工件间的相对运动一径向、轴向及切向运动,对数控滚齿机的几何误差进行分析,重点分析了几何偏心、运动偏心以及刀具的安装误差,阐述了它们的作用原理和对精度的影响； (2)数控滚齿机的几何误差建模。基于多体系统理论对数控滚齿机进行几何误差建模,首先对数控滚齿机进行了结构分析,得到了数控滚齿机的拓扑结构,然后运用低序体阵列算法对拓扑结构进行运算,获得了数控滚齿机的低序体物体阵列,接着分析了数控滚齿机相邻体间的运动关系,得出了各相邻体间的特征矩阵,最后依据拓扑结构将特征矩阵进行运算,得到了数控滚齿机的几何误差模型。进一步的基于微分变换原理解耦了数控滚齿机的几何误差模型,获得各轴独立的误差补偿量。 (3)数控滚齿机的几何误差元素的测量辨识。将数控滚齿机的几何误差元素分为移动轴和旋转轴两种类型,运用激光干涉仪基于12线法测量辨识数控滚齿机三个移动轴的21项几何误差元素,分析阐述了定位误差、俯仰和偏摆误差、垂直度误差以及滚转误差的测量线路和辨识原理。运用球杆仪来分离辨识数控滚齿机两个旋转轴的16项几何误差元素,分别阐述了平行度误差、轴向跳动误差、径向跳动误差、转角误差以及回转误差的测量方法和辨识原理。 (4)数控滚齿机几何误差补偿方案设计。简单介绍了三种误差补偿实施技术：离线修改代码法、原点平移法及反馈中断法,重点阐述了离线修改代码法中数控指令修正的计算方法,最后结合本数控系统的软硬件结构,提出了数控滚齿机的几何误差补偿实施的软件流程。

关键词：数控滚齿机几何误差建模误差元素测量辨识误差补偿方案

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基于微分变换的数控机床几何误差建模的研究

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工具技术 2013年第8期47卷 66-69页

作者：陈剑雄林述温福州大学机械工程及自动化学院福州市博士研究生讲师350108 福州大学

研究多轴联动数控机床几何误差建模的问题。将运动轴的几何误差等效为微分运动,利用微分变换来描述各运动轴的微分运动对机床理想变换造成的误差,由此提出基于微分变换的几何误差建模方法。在分析机床运动链时,选择以工件坐标系为基准,... 详细信息

研究多轴联动数控机床几何误差建模的问题。将运动轴的几何误差等效为微分运动,利用微分变换来描述各运动轴的微分运动对机床理想变换造成的误差,由此提出基于微分变换的几何误差建模方法。在分析机床运动链时,选择以工件坐标系为基准,使误差模型的基准与编程基准一致。用一条运动链完整表达运动轴的传动关系。最后进行了三轴联动测试轨迹的误差补偿试验,补偿后的轨迹精度得到了显著的提高,验证了误差模型正确性及有效性。

关键词：数控机床几何误差建模运动链微分变换

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基于敏感度分析的曲轴综合测量机关键误差溯源

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工具技术 2021年第5期55卷 91-99页

作者：张洋王洪喜赵柏涵王亚晓西安工业大学机电工程学院西安市710021

曲轴综合测量机通过一次装夹可完成对曲轴全部关键参数的精密测量,其测量精度对评定被测曲轴是否合格有着直接的影响,这使得分析该测量机各部件的几何误差对其测量精度的影响成为一个亟待解决的难题。针对上述问题,基于多体系统理论,结... 详细信息

曲轴综合测量机通过一次装夹可完成对曲轴全部关键参数的精密测量,其测量精度对评定被测曲轴是否合格有着直接的影响,这使得分析该测量机各部件的几何误差对其测量精度的影响成为一个亟待解决的难题。针对上述问题,基于多体系统理论,结合曲轴综合测量机采用板式测头的结构特点,分析了测量机的拓扑结构和误差变换矩阵;基于推导的曲轴连杆颈几何方程,建立测量机的几何误差数学模型;利用矩阵微分法对曲轴回转过程中的各测点进行敏感度分析。结果表明:在21项几何误差中,对测量机X方向上测量精度影响最大的关键误差项主要有6项。通过该方法可有效识别影响曲轴测量精度的关键误差源,进而为误差补偿提供依据。

关键词：曲轴综合测量机板式测头多体系统理论几何误差建模矩阵微分法敏感度分析

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Z4型冗余驱动并联动力头的误差建模、分析与精度设计

Z4型冗余驱动并联动力头的误差建模、分析与精度设计

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作者：朱超福州大学

学位级别：硕士

冗余驱动并联动力头由于冗余支链的引入,具有更好的灵巧度、更高的刚度和负载能力,适合作为核心功能模块集成于五轴混联加工单元。精度设计作为一种提高并联动力头末端精度的方法,其可靠性已得到充分证明。有鉴于此,本文以Z4型冗余驱动... 详细信息

冗余驱动并联动力头由于冗余支链的引入,具有更好的灵巧度、更高的刚度和负载能力,适合作为核心功能模块集成于五轴混联加工单元。精度设计作为一种提高并联动力头末端精度的方法,其可靠性已得到充分证明。有鉴于此,本文以Z4型冗余驱动并联动力头为研究对象,依次开展误差建模、误差分析和精度设计等研究,希冀提高其运动精度。主要研究内容包括: (1)首先,对Z4型并联动力头开展运动学研究,通过对支链运动螺旋系求解互易积得到驱动/约束螺旋,进而采用闭环矢量法求解运动学逆解。其次,确定相邻关节连体坐标系的姿态变换关系,并对关节几何误差源进行溯源。在此基础上,基于旋量理论和一阶摄动理论,建立包含运动误差和几何误差源的支链误差模型。再次,通过将支链误差模型与驱动/约束螺旋点乘,消除转动误差的影响,并分离出零点误差和几何误差源。然后,将其整理为矩阵形式,构建包含冗余支链误差的机构整体误差模型。最后,通过算例仿真比较非理想运动学逆解和通过误差模型修正位姿后的理想运动学逆解,以验证所建立的误差模型的正确性。 (2)首先,建立位姿误差与几何误差源之间的标准差关系,据此通过仿真分析得到位姿误差标准差在工作空间内的分布特性。然后,基于误差映射矩阵,采用灵敏度系数法建立各几何误差源的局部灵敏度指标,并取工作全域内的平均值作为全局灵敏度指标。最后,基于灵敏度指标开展灵敏度分析,明确几何误差源对末端运动精度的影响。 (3)首先,根据3σ准则,建立以全局灵敏度指标为分配系数的精度综合模型,实现给定精度下的几何误差源分配,并表示为区间数形式。其次,基于小位移旋量理论(Small Displacement Torsor)建立零件公差的小位移旋量模型,并将零件公差表示为旋量形式。然后,根据关节的零件装配关系,结合误差传递矩阵和小位移旋量模型,建立关节装配误差模型。再次,基于公差成本函数构建关于制造成本的目标函数,结合几何误差源与关节装配误差之间的不等式关系,实现给定精度下的零件层面的公差设计,且满足制造成本最小要求。最后,采用蒙特卡洛仿真预估设计公差下机构末端运动精度,以验证公差分配结果的正确性。

关键词：并联动力头几何误差建模误差分析装配误差建模公差设计

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基于旋量理论与深度学习的超精密机床几何误差辨识方法

基于旋量理论与深度学习的超精密机床几何误差辨识方法

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作者：黄子纯华中科技大学

学位级别：硕士

超精密机床在安装与制造时产生的几何误差是影响加工精度的主要来源,不同几何误差项对零件加工误差的影响不尽相同,故可以对加工零件的表面误差分布进行研究,建立几何误差与表面误差的映射模型,再使用调整或补偿的方式提高加工精度。本... 详细信息

超精密机床在安装与制造时产生的几何误差是影响加工精度的主要来源,不同几何误差项对零件加工误差的影响不尽相同,故可以对加工零件的表面误差分布进行研究,建立几何误差与表面误差的映射模型,再使用调整或补偿的方式提高加工精度。本文针对超精密机床几何误差辨识的问题,以四轴超精密车床加工复杂自由曲面为研究对象,进行以下研究:首先,为正向表现四轴超精密车床的几何误差与刀具位姿误差的关系,本文以指数积理论为基础建立四轴超精密车床的几何误差模型。之后,开展了基于坐标系微分运动法的误差辨识方法的研究。针对超精密机床几何误差存在冗余项的问题提出一种最小化误差模型,该模型可以与轴系实际旋量建立正向和反向模型。此外,引入几何误差辨识雅克比矩阵,构建各运动轴误差旋量与刀具误差的逆向模型。基于此模型由刀具位姿误差得到运动轴的实际旋量,实现几何误差辨识工作。在完成理论建设后,分别在四轴超精密车床的单关节与整个机构上进行辨识实验,验证了该方法的有效性。最后提出一种基于神经网络算法的误差辨识方法。不同于坐标系微分运动法,此辨识方法以零件轮廓度误差表面分布为依据,按照最小化误差项进行分类。输入集以几何误差模型为基础,由仿真离散加工点集及其轮廓度误差构成。经过对归一化操作、交叉熵损失函数的选择以及算法模型的调整,最终算法的辨识准确率在测试集上达到了98%,对单个样本的分类仅用时0.0025s,体现了基于深度学习的误差辨识工作的可行性。

关键词：超精密机床几何误差建模几何误差辨识指数积理论深度学习

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基于多体系统理论的机床几何误差预测模型

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建模与仿真 2022年第4期11卷 1096-1103页

作者：焦安铃陈光胜耿红月上海理工大学机械工程学院上海

针对五轴机床几何误差建模,首先,从分析误差产生机制和建立精度误差补偿模型的角度,提出了基于多体系统理论的平动轴几何误差模型;其次,依据误差模型,对运动轴联动所产生的圆弧轨迹进行了预测,并与球杆仪实测圆轨迹进行对比验证;同时,... 详细信息

针对五轴机床几何误差建模,首先,从分析误差产生机制和建立精度误差补偿模型的角度,提出了基于多体系统理论的平动轴几何误差模型;其次,依据误差模型,对运动轴联动所产生的圆弧轨迹进行了预测,并与球杆仪实测圆轨迹进行对比验证;同时,依据三角函数法对球杆仪偏置误差进行了分离和辨识,还原出实际的几何误差;最后,实验表明所提方法能有效地去除球杆仪检测时引入的偏置误差,经误差模型预测的圆度与球杆仪实测值的误差百分比为4.2%,所提预测方法效果显著。

关键词：数控机床几何误差建模圆轨迹偏置误差

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