基于稳健设计方法的五轴微小型铣床结构设计参数分析.pdf

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1、·工艺与装备·组合机床与自动化加工技术文章编号：lOO1—2265(2010)08—0076—04基于稳健设计方法的五轴微小型铣床结构设计参数分析韩学军(大连职业技术学院，辽宁大连116035)摘要：采用田口稳健设计方法对五轴微小型铣床的结构设计参数进行分析。首先，建立了基于刚体运动学的五轴微小型铣床的空间误差模型；然后，将机床的结构设计参数作为控制因素，将机床的局部几何误差作为噪声因素，以机床的空间误差作为稳健设计的目标函数，以正交试验为工具安排了多组仿真试验；最后，通过对试验结果的统计分析评

2、价了机床各设计参数对空间误差的影响及其稳健性。，关键词：五轴微小型机床；稳健设计；空间误差模型中图分类号：TH16；TG65文献标识码：AEvaluationofStructuralDesignParametersofFive-axisMiniaturizedMillingMachineBasedonRobustDesignHANXue—jun(DalianVocational&TechnicalCollege，LiaoningDalian116037，China)Abstract：Thispa

3、perappliesthemethodofTaguchirobustdesigntotheevaluationandanalysisofstructuraldesignparametersoffive-axisminiaturizedmillingmachine．First，avolumetricerrormodeloffive·axisminia-turizedmillingmachineisestablishedusingrigidbodykinematics．Then，thestructu

4、raldesignparametersarechoseascontrolfactors，thelocalgeometricerrorsareselectedasnoisefactors，andtheorthogonalexperimentsareplannedandsimulatedusingthevolumetricerrorasobjectivefunctionforrobustnessdesign．Finally，theeffectsofdesignparametersonthevolum

5、etricerroranditsrobustnessareevaluatedthroughthestatisticanal-、ysisofexperimentalresults．Keywords：5-axisminiaturizedmachinetool；robustdesign；volumetricerrormodel广泛的。O引言目前，已有不少有关微小型机床设计原型的报道，随着民用和国防等众多领域对微小型化产品需然而在微小型化机床结构设计方法方面还不多见。求的不断增加，对采用各种工程材料的精

6、密三维微小Mishima提出一种基于机床形状创成函数理论和稳健零件(零件尺寸l0m～10mm、特征尺寸1m～设计思想的设计评价方法，并对微小型车床概念设计1mm)的需求日益迫切。微细切削尤其是微细铣削加阶段的各个设计参数做出评价。张霖等人将基于损工技术对于满足上述需求具有重要作用。与此同时，失模型的稳健性参数分析方法应用于三轴小型超精密采用微小型化的机床进行微小零件的微细切削加工铣床的结构优化设计过程中，通过仿真试验获得各设成为一种趋势。微小型机床具有体积小、能耗低、原计参数对机床空间误差及其稳

7、健性的影响。本文采材料省、机动性强和易于重组等优点，对于节省能源用田口稳健设计方法对五轴微小型铣床的结构设计参和资源消耗，获得最佳的成本效益比，以及满足特殊数进行分析与评价。条件下的制造等都具有十分重要的战略意义¨。。尤1五轴微小型铣床空间误差模型的建立其是五轴联动微小型机床，其应用和市场前景是非常收稿日期：2010—07—05作者简介：韩学军(1964一)，男，河北卢龙人，大连职业技术学院高级工程师，硕士，研究方向为机械设计与制造技术，(E—mail)hxj@dlvtcedu．ca。·76·2

8、010年第8期·工艺与装备·凡StP1．1机床结构布局．n，～ytP，y对于五轴机床，从两种运动轴，即旋转运动轴(R)T=t和直线平移运动轴()，我们得到如下4个大类：(1)3=：p：O001个，2个R；(2)2个r，，3个R；(3)1个，4个R；(4)这里，n、s、t表示坐标系的方向，P表示相对于另一5个R。本文采用第一类结构布局，即3个平移和2个旋个坐标系的位置向量。“是从一个给定坐标系向另转，如图1所示。一个坐标系u变换的矩阵。对于单个运动轴来说，齐次变换矩阵如式(2)所示。1O00010