工件-夾具-刀具系統的誤差分析與預測研究.pdf

1、零件的加工質量取決于機床、夾具、工件和刀具組成的工藝系統及加工工藝參數等因素。對特定的機床，當工藝參數選定之后，工件-夾具-刀具系統直接影響零件的加工質量。本論文以“工件-夾具-刀具”系統為研究對象，研究誤差建模方法，在物理約束、幾何約束與產品性能約束的相容性條件下，建立誤差源與產品性能約束的映射關系、零件加工誤差與工藝參數之間的反演模型，提出制造誤差補償與控制策略，為復雜零件高精度創(chuàng)成提供理論基礎，主要研究工作及創(chuàng)新點包括：
　

2、　 第一、定位方案分析與評估針對加工期望特征所必須確保的尺寸方向上的精度，從加工幾何學的角度，建立特征約束度模型，確定工件在定位系統中約束自由度的數目，構建加工特征運動旋量系和加工特征約束度數表。利用運動學分析并結合虛位移原理，構造定位系統非齊次線性方程組的線性空間齊次解，判斷與尺寸精度無關的自由度所約束的數目，推導判斷定位方案正確性的準則，據此，提出基于加工特征的定位方案設計方法。
　　 第二、定位誤差分析評估與調整針對工件

3、在定位系統中的位移和刀具的位姿偏差共同誘導的刀具相對工件的位姿偏差，建立工件的位移、刀具的姿態(tài)偏差與刀具相對工件的位姿偏差的映射模型，此模型能夠適用于任何形狀工件的不完全定位、完全定位和完全過定位。在此基礎之上，構建偏差反演模型，調整刀具相對工件的位姿，減小刀具相對工件之間的偏差，實現利用一種偏差補償多種偏差的誤差補償技術，達到減小加工特征尺寸偏差的目的。
　　 第三、裝夾誤差分析與刀具路徑調整針對多源多工序加工過程，建立幾何偏

4、差源與物理偏差源共同作用的尺寸偏差模型，該模型能夠直接用于度量加工特征尺寸偏差?；诖四Ｐ停⒓庸ぬ卣鼽c的偏差模型，用于評估加工特征平行度和輪廓度。同時針對工件-夾具系統在夾緊力及切削力作用下的超靜定系統，根據變形協調原理，建立變形協調模型，利用功能轉換原理，將接觸變形量的求解問題轉化非線性規(guī)劃問題，在幾何與物理約束條件下，通過求解非線性規(guī)劃問題獲得定位元件與工件之間的接觸變形量，并對加工過程中接觸變形量的動態(tài)變化以予定量評估。此外，

5、基于預測的偏差，建立刀具路徑調整模型，用于修改CAM系統的刀位源文件，調整刀具的位姿，減小加工特征尺寸偏差。
　　 第四、工件加工表面微觀形貌預測針對切削力誘導的工件和刀具的振動、工件在定位系統中的位移和工藝參數對表面形貌生成的影響，建立刀刃點在加工特征活動標架下的數學模型，該模型適用于平面和一般的直紋面。根據局部活動標架特征，將加工表面殘高求解問題轉化為非線性規(guī)劃問題，通過求解非線性規(guī)劃問題獲得加工特征采樣點的殘高，利用采樣點