五轴车铣复合加工中心运动精度可靠性分析及仿真研究

论文摘要

加工中心是当代机械制造业的主流设备,其可靠性是市场竞争的核心。以往加工中心的可靠性分析多数侧重于强度或寿命可靠性,而对于机构运动或动作的可靠性研究较少。本文以先进的五轴车铣复合加工中心为研究对象,研究加工中心的运动精度可靠性问题,在加工中心的设计阶段就可掌握其可靠性情况,为进一步提高加工中心的可靠性提供依据。本文主要研究内容包括：（1）分析五轴车铣复合加工中心的结构,依据机器人运动学理论建立加工中心的D-H坐标系,运用坐标变换的方法得到加工中心的运动学方程,并分析计算加工中心运动学方程的解（包括正解和逆解）。（2）分析部分运动学参数的误差对加工中心可靠性的影响程度,为各运动学参数找到合适的精度等级,并剔除对可靠性无影响的误差。（3）分别运用蒙特卡洛法和极限边界数值搜索法求解加工中心的工作空间,并用云图表示。为探讨加工中心在不同工作状态下的可靠度会有差异这一问题,提出精度工作空间的概念,并求解加工中心的精度工作空间,分别得出加工中心满足和不满足可靠性要求的工作点。（4）运用解析法分析各运动参数对加工中心可靠性的影响程度,即灵敏度。（5）运用机械系统动力学分析软件ADAMS建立加工中心的仿真模型。为了进行可靠性分析,采用参数化建模的方法,包括几何模型参数化、运动参数化、间隙参数化以及输入位移参数化等。（6）编制仿真命令语句,并在ADAMS中对加工中心进行运动仿真,输出仿真结果,包括图形结果和数据结果。分析提取数据结果,求解加工中心的运动精度可靠度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 运动精度可靠性的概述
• 1.2.1 运动精度可靠性的定义
• 1.2.2 运动精度可靠性的研究现状和方法
• 1.2.3 机构运动精度可靠度的计算
• 1.3 ADAMS的基本功能概述
• 1.4 课题的主要研究内容
• 2 加工中心运动学分析
• 2.1 概述
• 2.2 五轴车铣复合加工中心结构介绍
• 2.3 五轴车铣复合加工中心运动学方程
• 2.3.1 运动学方程的建立
• 2.3.2 运动学方程的求解
• 2.4 本章小结
• 3 加工中心的工作空间及灵敏度分析
• 3.1 关于运动学参数误差的探讨
• 3.2 运动参数误差对运动精度可靠性影响的初步探讨
• 3.3 加工中心工作空间概述
• 3.4 加工中心运动精度可靠性灵敏度概述
• 3.5 本章小结
• 4 建立加工中心的仿真模型
• 4.1 引言
• 4.2 建立加工中心的几何模型
• 4.3 添加约束
• 4.4 添加驱动
• 4.5 本章小结
• 5 加工中心运动精度可靠性仿真
• 5.1 引言
• 5.2 模型参数化
• 5.3 蒙特卡洛法产生随机数
• 5.4 ADAMS用户子程序的编制
• 5.5 加工中心运动精度可靠性仿真
• 5.5.1 考虑尺寸误差时的仿真
• 5.5.2 同时考虑尺寸误差和间隙误差时的仿真
• 5.6 本章小结
• 6 仿真结果分析
• 6.1 引言
• 6.2 绘制仿真结果曲线图
• 6.3 输出仿真结果数据
• 6.4 计算可靠度
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果