三轴超精密车床几何误差敏感性分析及在位补偿技术研究.pdf

《三轴超精密车床几何误差敏感性分析及在位补偿技术研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、博士学位论文三轴超精密车床几何误差敏感性分析及在位补偿技术研究SENSITIVITYANALYSISOFGEOMETRICERRORANDRESEARCHOFON-MACHINEERRORCOMPENSATIONFORTHREE-AXISULTRAPRECISIONTURNINGMACHINETOOL邹喜聪哈尔滨工业大学2018年1月国内图书分类号：TH161+.5学校代码：10213国际图书分类号：621×密级：公开工学博士学位论文三轴超精密车床几何误差敏感性分析及在位补偿技术研究博士研究生：邹喜聪导师：孙涛教授申请学位：工学博士学科：机械制造及其自动

2、化所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年1月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH161+.5U.D.C:621DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSENSITIVITYANALYSISOFGEOMETRICERRORANDRESEARCHOFON-MACHINEERRORCOMPENSATIONFORTHREE-AXISULTRAPRECISIONTURNINGMACHINETOOLCandidate：ZouXicongSupervisor：Prof.SunTaoAca

3、demicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MechanicalManufacturingandAutomationAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：January,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要目前，超精密加工技术已不再仅仅局限于航空航天等尖端国防领域，其应用范围已逐步扩展到国民经济的众多领域，并呈现出迅速扩张的趋势

4、。超精密机床是促进超精密加工技术飞速发展的必要技术手段，超精密机床的装配误差以及关键部件的制造误差将使超精密机床运行过程中存在空间几何误差，会进一步导致超精密机床的轴系运动偏离理想位置，进而对机床的加工性能和加工精度产生极大的影响，最终导致工件的加工质量下降。工件的加工精度是间接评价超精密机床整体性能和加工精度的重要指标，而现代制造业对零件的加工精度提出了越来越高的要求，这就对超精密机床的整体加工性能和加工精度提出了极大的挑战。现阶段，我国三轴超精密车床的加工精度水平略低，具有较大的提升空间，而如何快速地提高我国三轴超精密车床的加工精度成为了亟待解决的重

5、要问题。因此，本文对三轴超精密车床加工精度的误差补偿技术进行了研究，主要包括三轴超精密车床的几何误差建模、误差模型参数化、几何误差敏感性分析和在位误差补偿技术等内容。首先，基于多体系统动力学方法建立了三轴超精密车床各轴系对应的低序体序列，并采用低序体序列法描述了三轴超精密车床几何结构的拓扑关系。分析了三轴超精密车床直线导轨和旋转主轴的几何误差项，基于齐次坐标变换方法建立了三轴超精密车床轴系的通用几何误差模型，进而依据误差建模流程推导了三轴超精密车床空间几何误差模型的数学表达式。根据超精密车床误差检测国家标准(GB/T17421.1,GB/T17421.2

6、,GB/T7235)和国际标准(ISO230-1,ISO230-2,ASMEB89.3.4)中规定的测量方法及误差评价方法，结合实验室实际具备的测量仪器条件，采用常用并可行的测量方法对三轴超精密车床的全部21项几何误差进行直接或间接测量，明确了三轴超精密车床全部21项几何误差的误差值，从而实现三轴超精密车床几何误差模型的参数化。其次，为了量化每个几何误差项对三轴超精密车床加工误差的影响程度，从三轴超精密车床众多几何误差中鉴别出对加工精度产生重大影响的若干几何误差项，采用基于方差分解形式的Sobol全局敏感性分析方法对三轴超精密车床的几何误差敏感性进行了分

7、析。利用蒙特卡洛方法(MonteCarlomethod)对几何误差项进行采样，采用Sobol方法对三轴超精密车床的空间几何误差模型及其沿X、Y、Z方向的误差分量进行了敏感性系数计算，根据敏感性分析结果确定了对空间几何误差模型及其沿X、Y、Z方向分量产生重大影响的重要敏感误差项。同时针对四种典型特征表面的加工精度进行了几何误差敏感性分析，鉴别出了对四种典型特征表面的加工精度影响重大的重要敏感几何误差项。几何误差敏感性分析不但提-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文供了判断几何误差项是否对加工精度产生重大影响的评判标准，而且为三轴超精密车床几何误差补偿和调整以

8、及误差分配提供了理论依据。此外，为了克服离线补偿过程中工件的拆卸、安装固定等操作