基于虚拟制造原理的误差溯源方法研究

摘要

控制零件的加工质量，是提高产品质量、性能及可靠性的重要保证。为了根据加工质量分析，确定工艺系统误差源，实现产品的快速定制，本文提出了“基于虚拟制造原理的误差溯源方法研究”课题。课题研究工作以车削对象展开，首先是研究建立整个工艺系统的加工误差模型，并借助Matlab软件仿真生成虚拟工件，该误差模型可以将工艺系统各单元的误差作用效果反映到虚拟工件上；接着，依托加工误差模型系统分析各项误差源的作用效果，以及误差源的耦合作用效果，得到工艺系统误差源与各项加工误差的映射关系；然后根据误差源与加工误差的映射关系，提出了一种误差溯源方法，并编制误差溯源软件，建立数字化误差溯源系统；最后根据误差溯源结果，进一步确定误差调整的对象，分析相关误差源的作用规律，编制针对机床相关误差的误差调整软件。本文主要研究工作如下：　　第一，基于多体系统理论和齐次坐标变换原理，建立了工艺系统的综合误差模型，并在分析误差源的基础上，借助工件受力变形分析和夹具受力变形分析，证明了该误差模型可以分析部件的变形误差。然后分析刀具的带有磨损误差的几何模型，建立起完整的加工误差模型。最后利用得到的加工误差模型，通过Matlab软件仿真得到虚拟工件，可以将工艺系统各项误差源反映到虚拟工件表面，并验证了模型的正确性。　　第二，建立了面向虚拟工件的误差评定方法，可以对虚拟工件进行加工误差的测量与评定；然后从单向误差源和多项误差源耦合的角度，分析了工艺系统误差源对加工误差的作用效果，得到了影响各加工误差项的误差源；最后得到了工艺系统误差源与加工误差的映射关系，并将其保存起来，作为误差溯源的基础。　　第三，提出了一种基于误差源与加工误差映射关系的误差溯源方法，并通过正向预测，得出工件加工误差特征与溯源依据的误差特征一致，验证了溯源方法的正确性；最后通过Matlab GUI模块编制了误差溯源软件，软件可以根据测量的加工误差特征，追溯可能的工艺系统对应的误差源组合，从而建立起一套数字化误差溯源方法。　　第四，基于溯源结果，提出针对性误差调整方法。首先是在误差溯源结果的基础上，提出进一步确定误差调整对象的方法；然后对确定的误差源对象进行误差作用规律分析，最终确定各误差调整对象的调整方向及调整量。最后基于MATLAB GUI模块，编写相关的误差调整软件，阐述了软件的结构体系和模块功能。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.2.1 误差溯源

1.2.2 误差控制方法

1.2.3 误差建模技术

1.2.4虚拟制造技术

1.2.5现阶段研究存在的不足

1.3 课题来源及其研究意义

1.3.1 课题来源

1.3.2 课题研究意义

1.4 本论文研究思路及主要内容

1.5 本章小节

2 机床工艺系统误差建模

2.1 机床工艺系统的误差建模理论及方法

2.1.1 基于多体系统理论的机械结构描述

2.1.2 基于齐次坐标变换的相邻体的描述

2.1.3 理想运动的变换矩阵

2.1.4 实际运动的变换矩阵

2.2工艺系统误差模型

2.2.1 工艺系统加工误差综合模型

2.2.2工艺系统误差源

2.2.3刀具模型

2.3虚拟工件表面成型

2.4模型正确性验证

2.5本章小结

3 误差作用效果分析

3.1加工精度评定

3.1.1尺寸精度评定

3.1.2圆柱度精度评定

3.1.3平面度精度评定

3.2单项误差源对加工误差的作用效果

3.2.1单项误差源对尺寸误差的作用效果

3.2.2单项误差源对圆柱度误差作用效果

3.2.3单项误差源对端面平面度误差的作用效果

3.3多误差源耦合对加工误差的作用效果

3.3.1多误差源耦合对尺寸精度的作用效果

3.3.2多误差源耦合对圆柱度的作用效果

3.3.3多误差源耦合对端面平面度的作用效果

3.4误差源与加工误差的映射关系

3.5本章小结

4误差溯源方法

4.1误差溯源方法

4.1.1误差溯源方法

4.1.2误差溯源方法示例

4.2误差溯源方法正确性验证

4.3误差溯源软件编制

4.3.1误差溯源软件模型结构

4.3.2误差溯源软件功能模块分析

4.4本章小结

5针对性误差调整方法

5.1误差调整方法

5.2确定误差调整对象

5.3单项误差源作用规律分析

5.3.1机床系统相关误差源对尺寸误差作用规律分析

5.3.2机床系统相关误差源对圆柱度误差作用规律分析

5.3.3机床系统相关误差源对端面平面度误差作用规律分析

5.4误差调整软件编制

5.4.1误差调整软件模型结构

5.4.2误差调整软件模块功能分析

5.5本章小结

6工作总结与展望

6.1工作总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果

附录