發(fā)布時間：2020-11-20 21:53

　　 隨著微小型零件在航空航天、核工業(yè)、國防、汽車以及醫(yī)療器械等行業(yè)的廣泛應(yīng)用,其精度及復(fù)雜性也越來越高,相應(yīng)的對制造技術(shù)的要求也越來越高。精密微小型車銑復(fù)合加工技術(shù)由于其高速、精密、微切削力、加工范圍廣等特點(diǎn),在復(fù)雜微小型零件制造領(lǐng)域有明顯優(yōu)勢,但目前市場上缺少針對三維微小型復(fù)雜零件的高精度微小型車銑復(fù)合加工機(jī)床。國內(nèi)外對常規(guī)車銑復(fù)合加工機(jī)床和五軸機(jī)床的空間幾何誤差建模及熱誤差研究都已趨于成熟,但是對微小型車銑復(fù)合加工機(jī)床這類特殊機(jī)床精度研究較少,不能滿足日益增長的精密復(fù)雜微小型零件的加工需求。本文基于微小型車銑復(fù)合加工技術(shù)和宏微結(jié)合誤差補(bǔ)償技術(shù),設(shè)計了一臺高精度微小型車銑復(fù)合加工機(jī)床,用于滿足復(fù)雜微小型零件的制造需求,并采用理論計算、有限元仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法對影響該機(jī)床精度的主要誤差因素進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)針對三維復(fù)雜微小型零件的加工需求和設(shè)備需求,進(jìn)行了高精度微小型車銑復(fù)合加工機(jī)床的總體設(shè)計工作。根據(jù)拓?fù)鋵W(xué)理論和功能、精度等要求確定了機(jī)床的XYCTZB型結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵部件車削主軸使用液體靜壓主軸,銑削主軸選用高速高精度陶瓷球軸承電主軸;B軸轉(zhuǎn)臺選用高精度直驅(qū)轉(zhuǎn)臺;微動平臺采用高精度二維壓電陶瓷驅(qū)動平臺,整個運(yùn)動系統(tǒng)采用了宏微結(jié)合設(shè)計,以實(shí)現(xiàn)誤差的二維補(bǔ)償;隔震系統(tǒng)選用空氣彈簧和大理石惰性塊組合的方式,能夠隔絕外界環(huán)境中的大部分振動;控制系統(tǒng)采用“PC+Turbo PMAC”的開放模式,以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償控制。(2)針對影響高精度微小型車銑復(fù)合加工機(jī)床加工精度的空間幾何誤差,基于齊次坐標(biāo)變換理論,對三種結(jié)構(gòu)的車銑復(fù)合加工機(jī)床進(jìn)行誤差建模,推導(dǎo)出了綜合誤差模型,進(jìn)一步驗(yàn)證了采用XYCTZB型結(jié)構(gòu)的合理性。對誤差模型進(jìn)行了誤差敏感度分析和關(guān)鍵幾何誤差源識別,確定了機(jī)床設(shè)計的關(guān)鍵誤差元素,為整機(jī)研制后實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償和修正控制指令提供理論依據(jù),并可為將來機(jī)床升級時提供理論參考。(3)對微小型車銑中的關(guān)鍵部件銑削電主軸的熱誤差進(jìn)行了研究,以傳熱學(xué)和熱變形相關(guān)理論為基礎(chǔ),采用有限元法對銑削電主軸的溫度場和熱變形進(jìn)行了仿真研究。根據(jù)仿真分析結(jié)果,分別在空載和切削條件下,進(jìn)行了主軸熱誤差檢測實(shí)驗(yàn),同時對切削條件下的切削熱進(jìn)行了檢測�；�于實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù),采用基于特征加權(quán)的樸素貝葉斯方法,對銑削電主軸熱誤差進(jìn)行了建模及預(yù)測研究。采用信息增益的方法計算了不同特征的權(quán)重,分別建立了空載和切削條件下的軸徑向熱變形誤差模型,具有較高的精度,從預(yù)測結(jié)果看,模型具有比較好的預(yù)測功能。(4)針對機(jī)加工中通常不進(jìn)行運(yùn)動直線度誤差補(bǔ)償,而其又影響高精度加工的問題,對二維宏微結(jié)合運(yùn)動誤差補(bǔ)償方法進(jìn)行了研究。首先提出了一種基于平面鏡干涉法的運(yùn)動直線度誤差檢測方法,通過不確定度分析表明,在小行程測量范圍內(nèi),該方法優(yōu)于常規(guī)基于渥拉斯頓棱鏡干涉的方法。搭建了宏微結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺,為了減小直線度誤差源,宏動平臺采用自行設(shè)計的可調(diào)導(dǎo)軌滑臺,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。采用宏微結(jié)合的策略,對滑臺的定位精度和直線度進(jìn)行了二維補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)。對微動臺的空載和負(fù)載響應(yīng)時間進(jìn)行了測試,驗(yàn)證了在加工中的可用性,最終提出了熱誤差和運(yùn)動誤差綜合補(bǔ)償方案。
【學(xué)位單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TG65
【部分圖文】：

繞Z軸的三維旋轉(zhuǎn)變換

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本文編號：2892046