工件-夾具-刀具系統(tǒng)的誤差分析與預(yù)測研究.pdf

1、零件的加工質(zhì)量取決于機(jī)床、夾具、工件和刀具組成的工藝系統(tǒng)及加工工藝參數(shù)等因素。對特定的機(jī)床，當(dāng)工藝參數(shù)選定之后，工件-夾具-刀具系統(tǒng)直接影響零件的加工質(zhì)量。本論文以“工件-夾具-刀具”系統(tǒng)為研究對象，研究誤差建模方法，在物理約束、幾何約束與產(chǎn)品性能約束的相容性條件下，建立誤差源與產(chǎn)品性能約束的映射關(guān)系、零件加工誤差與工藝參數(shù)之間的反演模型，提出制造誤差補(bǔ)償與控制策略，為復(fù)雜零件高精度創(chuàng)成提供理論基礎(chǔ)，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(xué)的角度，建立特征約束度模型，確定工件在定位系統(tǒng)中約束自由度的數(shù)目，構(gòu)建加工特征運動旋量系和加工特征約束度數(shù)表。利用運動學(xué)分析并結(jié)合虛位移原理，構(gòu)造定位系統(tǒng)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(guān)的自由度所約束的數(shù)目，推導(dǎo)判斷定位方案正確性的準(zhǔn)則，據(jù)此，提出基于加工特征的定位方案設(shè)計方法。
　　 第二、定位誤差分析評估與調(diào)整針對工件

3、在定位系統(tǒng)中的位移和刀具的位姿偏差共同誘導(dǎo)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(chǔ)之上，構(gòu)建偏差反演模型，調(diào)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(xiàn)利用一種偏差補(bǔ)償多種偏差的誤差補(bǔ)償技術(shù)，達(dá)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(diào)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。基于此模型，建立加工特征點的偏差模型，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(tǒng)在夾緊力及切削力作用下的超靜定系統(tǒng)，根據(jù)變形協(xié)調(diào)原理，建立變形協(xié)調(diào)模型，利用功能轉(zhuǎn)換原理，將接觸變形量的求解問題轉(zhuǎn)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(yù)測的偏差，建立刀具路徑調(diào)整模型，用于修改CAM系統(tǒng)的刀位源文件，調(diào)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(yù)測針對切削力誘導(dǎo)的工件和刀具的振動、工件在定位系統(tǒng)中的位移和工藝參數(shù)對表面形貌生成的影響，建立刀刃點在加工特征活動標(biāo)架下的數(shù)學(xué)模型，該模型適用于平面和一般的直紋面。根據(jù)局部活動標(biāo)架特征，將加工表面殘高求解問題轉(zhuǎn)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