机床主轴系统的计算机辅助公差设计与优化

摘要

当今制造业瞬息万变，如何在产品设计初期就确保初始设计方案的可靠性与正确性，是一个亟待解决的问题。主轴作为机床的核心功能部件，其性能一直是评价机床的工作性能的重要指标。本文在分析国内外计算机辅助公差设计和主轴系统公差设计现状的基础上，系统研究了主轴系统的误差模型、公差约束的数学模型及公差分析方法等，开发了主轴系统公差分析软件，最后利用公差分析软件CETOL6sigma验证了本次研究成果的准确性和可靠性。本文主要研究内容如下：　　第一章重点阐述了计算机辅助公差设计和主轴系统公差设计的研究现状，分析总结了现阶段中研究存在的问题，在此基础上提出了本次研究的课题，最后对论文研究的主要内容和论文框架作了简要介绍。　　第二章分析了本课题的研究思路及方法，研究了主轴系统误差建模相关的理论与方法，建立了两支承主轴系统误差模型。同时研究了尺寸公差和形位公差约束的数学模型，着重对尺寸公差的圆柱副接触和形位公差中的平行度和圆度公差语义进行了详细的表述。最后研究了敏感度、贡献度及常用公差分析方法，并对敏感度、贡献度和统计法等的计算公式做了详细推导，为之后的主轴系统公差分析软件的编制提供了理论依据。　　第三章研究对比了各种软件开发平台，然后选择Matlab软件为开发平台，从软件的功能模块分析、软件的设计流程、软件的用户界面等几方面，详尽的阐述了主轴系统公差分析软件开发流程，为后面各类型主轴系统的公差分析提供了良好的工具和平台。以某机床厂主轴系统为例，以机床厂经验法所得到的公差作为输入参数，仿真检验其公差设计效果，并以公差的贡献度和敏感度为量化依据，对主轴系统的初始公差进行调整和优化。最后以优化后的公差数值为基础，将主轴系统的跨距参数和公差设计相结合，研究主轴系统的跨距参数与装配质量之间的变化规律。　　第四章研究了常用公差分析软件及其异同点，运用CAD软件建立了主轴系统的三维几何模型，并对其进行了结构简化。然后利用公差分析软件CETOL6sigma，从分析目标、各零件之间的运动副关系、各零件的拓扑关系上入手，建立了主轴系统的公差设计仿真模型，以验证本次研究成果的准确性和可靠性。　　第五章总结了全文的内容和研究工作，并对主轴系统公差分析与优化的后续研究进行了展望。

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1 绪论

1.1 引言

1.2国内外研究现状

1.3课题来源、提出及研究意义

1.4本文研究的主要内容及框架

2 主轴系统公差设计的建模与分析方法

2.1课题研究思路与方法

2.2主轴系统误差模型的建立

2.3 公差约束的数学表示

2.4敏感度和贡献度分析

2.5 常用公差分析方法

2.6本章小结

3主轴系统公差分析软件编制及应用示例

3.1仿真平台的简介与选择

3.2主轴系统公差分析软件开发

3.3主轴系统公差分析软件应用

3.4 本章小结

4 主轴系统公差设计仿真模型验证

4.1计算机辅助公差分析的简介

4.2主轴系统三维几何模型建立

4.3主轴系统公差设计仿真模型建立

4.4公差仿真结果验证

4.5本章小结

5 总结与展望

5.1全文总结

5.2工作展望

致谢

参考文献

附录

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果