數控工具機加工缺陷成因的逆向追蹤理論與實驗研究

《數控工具機加工缺陷成因的逆向追蹤理論與實驗研究》是依託北京工業大學，由范晉偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：數控工具機加工缺陷成因的逆向追蹤理論與實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：范晉偉
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

數控工具機的加工缺陷是工具機各組件誤差綜合傳遞作用的結果，如何根據被加工工件的加工缺陷來逆向追蹤出造成該缺陷的工具機主要誤差成因是一個複雜的問題，目前針對該問題的研究尚未全面展開。本課題以多體系統運動學理論為基礎，著重研究數控工具機驗收用樣件加工缺陷的逆向追蹤理論和方法，擬重點解決以下三個核心問題：1.加工缺陷的產生機理分析、數學表征與分類；2.將研究精力集中在非振動引起的工件加工精度缺陷，以多體系統運動學理論和伺服系統建模方法為基礎，推導建立考慮伺服系統運動特性的工具機加工缺陷生成模型；3.借鑑機器人等其它領域的敏感度分析方法，研究工具機加工缺陷成因的逆向追蹤理論和方法。本課題的研究成果，不僅有助於數控工具機研製單位快速、準確的找出工具機加工缺陷的主要成因，排除故障，而且會促進其提前把握工具機運行狀況、改進工具機設計，進而促使我國有更多型號的自主創新高檔數控工具機產品早日投放市場。

結題摘要

五坐標工具機的加工精度一直是工具機領域研究的重點問題，加工誤差溯源方法是其中的一項重要研究內容。由成都飛機工業（集團）有限公司提出的“S”形樣件較已有的檢測試件更適用於檢測工具機的五坐標聯動性能，已獲得中美兩國發明專利授權。該樣件具有航空薄壁件的特徵，加工面的的角度不規則變化，在航空業工具機檢測與驗收領域中被廣泛推廣。本項目旨在通過“S”形樣件的加工缺陷及誤差，溯源造成加工誤差的主要原因，從而根據“S”形樣件的加工誤差快速定位誤差產生原因。基於多體系統運動學理論闡述了數控工具機通用運動學模型建立方法，推導了工具機上任意點位置、姿態表達式。在運動學模型的基礎上，建立五坐標工具機幾何誤差辨識模型。尤其對旋轉軸C軸和擺軸B軸的幾何誤差辨識方法進行了詳細闡述。基於微分幾何理論建立了“S”形樣件的數學模型，並對樣件緣條的幾何特性進行詳細分析，有助於把握樣件的加工特性，同時推導了樣件的理論加工誤差。根據樣件的數學模型計算刀具路徑及數控加工代碼，進而推導實際切削曲面方程。提出了“S”形緣條側銑加工誤差的計算方法，並建立法向加工誤差計算模型。將全局靈敏度分析方法引入工具機加工誤差模型的靈敏度分析中，利用該方法可以計算工具機所有幾何誤差在整個定義域內對加工誤差共同作用的影響程度。建立了適用於加工誤差生成模型的蒙特卡洛採樣計算方法，並通過軟體對分析過程加以實現。以XHAV2430×80五坐標龍門加工中心加工“S”形樣件為例，進行加工誤差溯源實驗研究。給出了樣件在不同加工區域影響度較大的幾何誤差參數，並結合樣件的幾何特性對結果進行了分析。總結分析了各項幾何誤差對加工誤差影響規律，有助於整體把握樣件加工誤差產生原因。本項目從工具機和“S”形樣件兩方面入手，建立了工具機模型與樣件上切削點的映射關係。通過誤差辨識及靈敏度分析等手段，對“S”形樣件的加工誤差產生規律進行了總結。為使用者通過“S”形樣件快速溯源工具機誤差及研究人員把握加工誤差產生機理提供了重要參考。