基于位姿求解和誤差分析的數(shù)控機床運動鏈設計與優(yōu)化方法.pdf

1、數(shù)控機床是現(xiàn)代制造業(yè)的關鍵核心裝備，數(shù)控機床運動鏈設計是機床方案設計的重要部分。本文針對現(xiàn)有數(shù)控機床運動鏈設計存在的不足，提出了一種基于位姿求解和誤差分析的數(shù)控機床運動鏈設計與優(yōu)化方法。對于給定的待加工工件，通過刀具路徑與刀軸矢量規(guī)劃得到刀具位姿矢量集合，求解刀具位姿-運動功能方程組，得到所有滿足刀具位姿要求的數(shù)控機床運動鏈。根據(jù)多體運動學原理構建機床極限誤差模型，通過對比分析不同運動鏈極限誤差的矩陣及旋量參數(shù)，提高運動鏈的精度?；跀?shù)

2、控機床的靜力學有限元分析，構建并求解誤差分量方程組得到運動軸部件的誤差靈敏度，根據(jù)靈敏度分析結果對運動鏈進行優(yōu)化?；诒疚奶岢龅睦碚摲椒ê图夹g，開發(fā)了數(shù)控機床運動鏈設計系統(tǒng)。
　　第一章介紹了數(shù)控機床運動鏈設計、數(shù)控機床誤差建模、數(shù)控機床誤差靈敏度分析等相關技術的國內外研究現(xiàn)狀，闡述了課題研究背景及意義，給出了本文的主要研究內容和組織框架。
　　第二章提出了基于位姿關系求解的數(shù)控機床運動鏈設計方法。對于給定的待加工工件，分析

3、工件加工成形運動中刀具相對工件的位姿關系。通過刀具路徑與刀軸矢量規(guī)劃，得到工件上加工路徑點集合及刀具位姿矢量集合，對刀具位姿矢量進行歸一化處理得到待設計運動鏈的運動軸數(shù)。構建運動鏈的運動功能矩陣表征運動鏈的運動功能，根據(jù)運動鏈的運動功能滿足刀具位姿要求，構建刀具位姿-運動功能方程組。通過求解刀具位姿-運動功能方程組，得到了所有滿足刀具位姿要求的數(shù)控機床運動鏈。
　　第三章提出了面向數(shù)控機床運動鏈精度設計的極限誤差分析方法。定義數(shù)控

4、機床的極限誤差狀態(tài)，根據(jù)多體運動學原理構建數(shù)控機床運動鏈的極限誤差模型，得到極限誤差矩陣并進行理論比較分析;根據(jù)螺旋理論將極限誤差矩陣轉化為旋量形式并比較旋量參數(shù)。通過對不同運動鏈的極限誤差進行比較分析，從滿足刀具位姿要求的運動鏈中剔除誤差較大的劣質運動鏈，提高了運動鏈的精度。運用運動鏈極限誤差分析方法總結歸納運動鏈精度設計準則，提高了數(shù)控機床運動鏈精度設計的效率。
　　第四章提出了基于誤差靈敏度分析的數(shù)控機床運動鏈優(yōu)化方法。首先

5、給出了一種基于數(shù)控機床靜力學有限元分析的求解誤差靈敏度的方法，建立數(shù)控機床運動鏈的加工誤差模型，通過求解誤差分量方程組得到運動軸部件的誤差靈敏度。然后基于誤差靈敏度分析結果，對數(shù)控機床運動鏈進行優(yōu)化，使優(yōu)化后的運動鏈擁有較低的誤差靈敏度。
　　第五章基于本文提出的理論方法和技術，結合國家科技重大專項課題“高檔數(shù)控機床數(shù)字化設計方法、工具集與應用（二期）”，開發(fā)了數(shù)控機床運動鏈設計系統(tǒng)，應用于五軸數(shù)控機床的運動鏈設計和優(yōu)化過程，驗證