[發明專利]基于區間理論的精密臥式加工中心幾何精度優化分配方法

在審

• 申請號: 201710544527.4
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107368637A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 張大衛;劉興興;田文杰;蔡翔;徐鵬飛;林子心
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司12108
• 代理人: 王顕

技術領域

本發明涉及數控機床幾何精度優化分配領域，尤其是一種基于區間理論的精密臥式加工中心幾何精度優化分配方法。

背景技術

精密數控機床是基礎制造裝備的工作母機，其設計和加工能力直接影響制造業的發展。高檔數控機床質量的好壞，直接表現在機床的制造精度和裝配精度，而機床精度設計和精度分配的優劣，對其質量好壞有著重大影響。

對于機床精度分配問題，國內外學者進行了較為廣泛和深入的探究，取得了一定的進展。主要有零部件公差加權歐式范數最大法、蒙特卡羅法、尺寸鏈法、基于公差—成本模型的精度分配方法等方法，這些方法大多針對并聯機構，并且無法直接指導高檔數控機床的制造裝配過程。目前，國內的機床企業在進行精密數控機床精度設計和精度分配時，通常采用傳統的類比、機床手冊查詢以及設計人員估算的方法，沒有從根本上解決問題，設計的機床難免會過分依賴設計人員的經驗，無法形成科學化、理論化、系統化的設計方法。

精密數控機床待切削點到刀尖點的空間誤差直接反映了機床的加工精度，而空間誤差是通過各運動副幾何誤差耦合作用產生的。因此，如何在滿足整機空間誤差的前提下，合理、經濟以及快速地優化分配幾何誤差是目前精密數控機床裝配制造亟需解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于解決上述技術問題而提供一種基于區間理論的精密臥式加工中心幾何精度優化分配方法，其能夠使難于實現的誤差源放松至最大的可行區間。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種基于區間理論的精密臥式加工中心幾何精度優化分配方法，包括以下步驟：

步驟(1)：首先將數控機床看作由多個剛體串聯而成的多體系統；其次使用多體系統運動學理論描述數控機床上各運動部件之間的拓撲關系；再次使用齊次坐標變換矩陣相乘表示數控機床上相鄰部件連體坐標系之間的位姿轉換關系；最后建立起數控機床各幾何誤差與機床空間誤差之間的映射模型；

步驟(2)：基于區間理論，根據區間擴張因子定義靈敏度，并進行靈敏度分析以反映各誤差源對整機空間誤差的影響程度；

步驟(3)：以各誤差源區間寬度為設計變量、整機空間體對角線誤差為約束條件、各誤差源靈敏度系數與區間寬度負二次方乘積的代數和為目標函數，建立區間優化分配模型；

步驟(4)：基于遺傳算法，運用MATLAB軟件來求解從而實現幾何精度優化分配。

本發明的有益效果是：本發明針對精密臥式加工中心提出了基于區間理論的幾何精度優化分配方法，基于多體系統運動學理論建立機床幾何誤差的整機空間誤差映射模型，基于區間理論進行靈敏度分析并建立區間優化分配模型，最后基于遺傳算法運用MATLAB軟件來求解從而實現幾何精度優化分配，使難于實現的誤差源放松至最大的可行區間，大大降低了生產成本，提高了機床生產裝配效率。

附圖說明

圖1為本發明基于區間理論的精密臥式加工中心幾何精度優化分配方法的流程圖；

圖2為u2000/800H精密臥式加工中心三維模型圖；

圖3為遺傳算法原理圖；

圖4為各幾何誤差源精度優化分配結果。

其中，1-床身 2-X向滑臺 3-B向轉臺 4-工件 5-立柱 6-主軸箱 7-主軸 8-刀具。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明：

如圖1所示，本發明提供的基于區間理論的精密臥式加工中心幾何精度優化分配方法，包括以下步驟：

(1)建立機床各幾何誤差和機床空間誤差之間的映射模型；

數控機床的幾何誤差，根據是否與機床運動位置相關，可分為位置相關幾何誤差(PDGEs)和位置獨立幾何誤差(PIGEs)。本發明以u2000/800H精密臥式加工中心為例，模型如圖2所示，對本發明的方法加以說明，上述加工中心在僅考慮平動軸幾何誤差的情況下共有21項幾何誤差：與三個軸線坐標位置相關的9項位置誤差和9項轉角誤差，以及位置獨立的三個軸線之間的3項垂直度誤差，共計18項位置相關幾何誤差、3項位置獨立幾何誤差，如表1所示。

表1數控機床的21項幾何誤差