重型立式车床几何误差建模与溯源
由于重型机床部件尺寸较大、跨距较长，相对于中小型机床来说具有更大的工作空间。而工作空间的大小即运动行程的大小又决定了各误差元素对机床加工精度的影响程度，比如在机床大行程的作用下，各运动轴的平行度误差、垂直度误差及角度误差会放大其他误差元素，因此重型机床具有相对更大的几何误差。重型立式车床一般针对特定的加工对象，比如加工直径可达5m的风电转盘轴承滚道，在回转加工过程中，由于工件本身直径较大，机床上一个较小的误差也会在工件-刀具接触点轨迹上产生一个较大的误差映射，进而对回转类零件加工精度产生影响。因此，本文将针对重型立式机床的误差进行测量与建模，通过数值仿真得到工件数字化仿真表面，对数字化工件加工精度进行评定，并对误差作用效果进行分析，建立误差映射关系，最终实现误差的溯源。 基于刚体运动的欧拉角表示方法对待测重型立式车床的几何误差元素进行了划分。利用XD-6D激光干涉仪测量了重型立式车床的各项几何误差，并采用多项式高阶拟合法对测量结果进行处理，得到了重型立式车床各几何误差元素的多项式模型，实现了对机床各项几何误差的测量。为后文工件表面数字化成型与加工误差溯源奠定了基础。 基于多体系统理论与齐次变换矩阵建立重型立式车床的几何误差模型、低序体阵列及其几何误差传递矩阵。对刀具的几何模型进行了分析，并根据夹具安装偏心对加工精度的影响建立了夹具偏心误差模型，完成了整个机床系统误差模型的建立。通过数值仿真得到了综合考虑机床几何误差、刀具几何特征以及夹具偏心的虚拟工件数字化加工表面，并对模型的正确性进行了验证。建立了考虑机床几何误差的加工表面数字化模型。 对数字化工件的加工精度指标进行了评定。利用优化算法对数字化回转类工件的尺寸精度、圆度精度、圆柱度精度以及轴线垂直度等指标进行了评定。实现了对数字化工件加工精度的评定，为接下来的误差溯源提供了前提条件。 分析了机床各项误差对工件圆柱度精度以及尺寸精度的影响规律，建立了工件加工误差与重型立式车床误差源之间的映射关系。并根据映射关系，对机床加工误差进行了溯源，获得了重型立式车床加工误差溯源方法。
重型立式车床;几何误差;数字化工件;加工精度
哈尔滨理工大学
硕士
机械工程
郑敏利
2022
中文
TG515;TG502.13
2022-09-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）