【摘要】：五軸數(shù)控機床具有優(yōu)異的空間可達性,加工時無需特殊夾具和刀具就能完成空間曲面的加工,在航空航天、船舶及高精密儀器等高端制造行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。五軸數(shù)控機床作為高端制造裝備的象征已經(jīng)成為了一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。精度是數(shù)控機床最為重要的性能指標,傳統(tǒng)的定位精度等幾何精度用于評價數(shù)控機床靜態(tài)精度,而可直接反映加工精度的數(shù)控機床動態(tài)精度尚無權(quán)威的評價指標。隨著空間曲面五軸聯(lián)動加工的出現(xiàn)和加工效率提升的迫切需求,由機床動態(tài)特性引發(fā)的誤差在總誤差中的占比不斷增大,特別是在復雜曲面高速加工中更加突出。國際標準化組織(ISO)制定的ISO 10791和ISO 230系列標準都只關(guān)注了靜態(tài)幾何精度檢測,缺少針對機床動態(tài)精度的檢驗方法。為保障五軸數(shù)控機床空間曲面的加工能力,研究曲面特征下的機床動態(tài)性能作用機理及五軸數(shù)控機床動態(tài)精度檢驗方法顯得尤為重要。本文針對復雜直紋曲面?zhèn)茹娂庸?提取了表達曲面形貌的多種幾何特征,分析了不同特征下的機床運動學規(guī)律,建立了零件輪廓誤差與上述特征的映射關(guān)系,為作者前期發(fā)明的機床動態(tài)精度檢測試件—“S”形試件的進一步完善提供了理論依據(jù)和方法。論文主要研究內(nèi)容如下:研究了基于NC代碼的機床各軸運動學規(guī)律和曲面輪廓誤差計算方法。通過分析直線軸和旋轉(zhuǎn)軸進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型,建立了包含伺服控制系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)和檢測反饋系統(tǒng)的軸進給模型;基于多體系統(tǒng)理論,建立多軸聯(lián)動的刀具末端姿態(tài)計算模型。在此基礎(chǔ)上,在MATLAB環(huán)境下開發(fā)了機床運動學仿真工具,可根據(jù)NC代碼計算加工過程中各軸實時的速度、加速度、加加速度,并基于給定的機床靜動態(tài)誤差因素,得到刀具中心點軌跡誤差,為后續(xù)不同曲面特征下的機床動態(tài)性能分析奠定基礎(chǔ)。開展了直紋面曲率相關(guān)特征與機床軸運動特征的對應(yīng)關(guān)系研究。提取出包括曲率大小、曲率變化率和曲率連續(xù)性等幾何特征,以二軸聯(lián)動為例,推導了直線軸速度、加速度、加加速度在幾種特征下的表達式;設(shè)計了恒曲率、變曲率和曲率連續(xù)性等特征試件,在仿真工具和實際加工中驗證了直線軸的運動學規(guī)律�；诜抡婀ぞ哌M行旋轉(zhuǎn)軸運動特性預(yù)測,并設(shè)計了曲率特征綜合試件,在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)實時采集采集功能支持下,進行了試件實驗驗證,結(jié)合仿真結(jié)果驗證了各軸的運動規(guī)律。研究了曲率相關(guān)特征與零件加工輪廓誤差的作用關(guān)系。在仿真計算刀具中心點軌跡的基礎(chǔ)上,建立了刀具包絡(luò)運動下的零件輪廓計算方法。以第三章中建立的曲率相關(guān)特征試件為例,計算了刀具真實運動下的輪廓誤差,給出了曲率大小、曲率變化率和曲率連續(xù)性特征下零件輪廓誤差分布規(guī)律,通過擴展機床拓撲結(jié)構(gòu)類型和切削實驗,進一步驗證了曲率特征作用輪廓誤差的普適性規(guī)律。開展了直紋面扭曲角特征對零件輪廓誤差的影響規(guī)律研究。針對非可展直紋曲面加工的刀具姿態(tài),提出了表征直紋面扭曲角的開閉角特征,分析了開閉角轉(zhuǎn)換過程中扭曲、奇異區(qū)域的幾何特點。對于非可展直紋面提出以中線驅(qū)動減小加工原理誤差的方法;對于奇異點特征,分析了CA雙擺頭機床過象限的轉(zhuǎn)角突變原理。通過設(shè)計開閉角轉(zhuǎn)換試件,分別在BA、CA兩種結(jié)構(gòu)機床上進行輪廓誤差仿真和切削實驗,驗證了開閉角特征作用下的輪廓誤差分布規(guī)律。在直紋面的曲率和扭曲角作用下輪廓誤差分布規(guī)律的指導下,對原有“S”形試件定義進行完善,完成了包含直紋曲面相關(guān)幾何特征的新型“S”形試件的幾何建模;對目前常用五軸數(shù)控機床精度檢驗試件,通過與前述章節(jié)的研究成果進行對比分析,從理論上論證了“S”形試件在五軸數(shù)控機床動態(tài)精度檢測方面的全面性和敏感性,科學回答了“S”形試件在五軸機床動態(tài)精度檢驗中的優(yōu)越性。對“S”形試件的裝夾方案、加工工藝、測量方法進行了規(guī)范,為國家標準、國際標準的制定奠定基礎(chǔ)。在上述規(guī)范指導下,通過不同機床的切削實驗,證實了“S”形試件比NAS979圓錐臺、四角錐臺試件的輪廓誤差更大、誤差分布更為豐富,進一步驗證了“S”形試件在五軸機床動態(tài)精度檢測方面的全面性,對機床跟隨誤差更為敏感。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG659

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 周濟;;智能制造——“中國制造2025”的主攻方向[J];中國機械工程;2015年17期

2 涂冰怡;趙明;商體松;陳養(yǎng)惠;;航空發(fā)動機先進結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵制造技術(shù)[J];航空制造技術(shù);2014年07期

3 張海艷;張連鋒;;航空發(fā)動機整體葉盤制造技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展概述[J];航空制造技術(shù);2013年Z2期

4 李顯雙;樊留群;齊黨進;;五軸加工奇異問題及其處理方法[J];組合機床與自動化加工技術(shù);2013年06期

5 王增強;;航空發(fā)動機整體葉盤加工技術(shù)[J];航空制造技術(shù);2013年09期

6 王宏睿;;淺談航空發(fā)動機整體葉輪的加工方法[J];機械管理開發(fā);2013年02期

7 孫軍;劉偉;田龍;朱偉;湯海倫;;基于SIMULINK的伺服進給系統(tǒng)仿真模型與分析[J];組合機床與自動化加工技術(shù);2013年03期

8 趙萬華;張俊;劉輝;楊曉君;;數(shù)控機床精度評價新方法[J];中國工程科學;2013年01期

9 孫惠娟;殷國富;方輝;向勝華;林海峰;;五軸數(shù)控機床綜合誤差建模評價方法研究[J];四川大學學報(工程科學版);2012年06期

10 王瀏寧;;五軸數(shù)控加工奇異點問題研究[J];機械工程與自動化;2012年05期

相關(guān)博士學位論文 前3條

1 石t，

本文編號：2331405