基于穩(wěn)健設計的含間隙彈性連桿機構分析與綜合

加工精度是數控機床追求的最終精度，如何經濟地使數控機床加工精度控制在所追求的目標范圍內，是提升我國高速高精度數控機床的技術水平、性能和質量所面臨的關鍵性難題。本項目基于穩(wěn)健設計理念，主要開展了機床在可控因素幾何誤差影響下精度的正向建模分析與反演優(yōu)配問題。 針對由于缺乏實驗條件和先驗數據而無法應用傳統(tǒng)穩(wěn)健設計的情況，基于公理設計獨立公理、泰勒級數展開近似以及矩陣微分預算和數理統(tǒng)計理論提出了一種分析性穩(wěn)健設計方法及優(yōu)化方案評價機制。通過對機床的幾何誤差多點次檢測與辨識，基于數理統(tǒng)計理論得到各幾何誤差源基本分布規(guī)律，建立了機床空間加工誤差的概率分布特征分析模型，以對工件合理裝卡以利用機床有效加工區(qū)域及機床電氣聯調提供指導與借鑒。針對如何確定零部件幾何誤差對加工精度的影響程度從而經濟合理地分配機床零部件的幾何精度這一難題，建立了多軸數控機床誤差敏感度分析的數學模型，以有效識別出影響機床空間加工精度的關鍵性幾何誤差源。建立了基于制造-質量損失成本的機床零部件尺寸公差優(yōu)化分配模型和基于零部件精度參數和機床空間誤差關系的優(yōu)化模型，提出了多軸機床幾何誤差反演與優(yōu)配方法，為實現機床幾何精度與制造成本的優(yōu)化平衡探索了一種新方法。針對重型機床橫梁等工作部件承受載荷大、變形大、載荷誤差占比高的特點，提出了一種載荷誤差的辨識及橫梁預變形起拱曲線優(yōu)化方法，并基于粒子群算法實現了橫梁起拱曲線優(yōu)化設計。初步進行了重型龍門五軸聯動機床（B/C擺角）數控加工指令修正的研究，提出了平移數控加工指令及回轉數控加工指令修正迭代求解算法，使加工軌跡在理想軌跡附近，以提高重型龍門五軸聯動機床的加工精度。在理論研究的基礎上，基于Visual C 開發(fā)了多軸機床精度穩(wěn)健性分析與優(yōu)配軟件工具，并結合精密機床和重型機床產品進行了分析驗證。 通過項目研究，發(fā)表SCI學術論文5篇、EI論文17篇、ISTP論文1篇，申請國家發(fā)明專利5項（其中授權1項），獲批軟件著作權1項，培養(yǎng)研究生9名。項目的研究不僅為機床的創(chuàng)新精度設計，更為現有數控機床的改造以提高其精度提供關鍵的解決途徑，對于提升我國高檔數控機床的加工性能，提高制造科學的研究水平，具有重要的理論與實際意義。 2100433B

加工精度是數控機床追求的最終精度，是衡量數控機床工作性能非常重要的指標，如何經濟合理地將數控機床的加工精度控制在所追求的目標范圍內，是提升我國高檔高精度數控機床的技術水平與性能質量的一個難題。本項目研究機床在可控因素幾何誤差和不可控因素動態(tài)熱誤差綜合影響下動態(tài)精度的正向遞推分析與反演優(yōu)配問題；基于模糊穩(wěn)健設計方法，建立機床動態(tài)精度的模糊概率分析一般模型，探討機床動態(tài)精度對單項不確定性誤差源的靈敏度分析方法及其反向影響規(guī)律，建立機床動態(tài)精度的模糊穩(wěn)健優(yōu)配一般模型，并最終系統(tǒng)形成機床動態(tài)精度的模糊穩(wěn)健分析與反演的理論與方法；開發(fā)支持機床動態(tài)精度模糊穩(wěn)健設計與反演的軟件工具，并結合具體的產品進行實驗驗證。項目的研究為高檔精密數控機床的精度設計與精度反演及優(yōu)配、合理確定數控機床各環(huán)節(jié)的精度等級提供理論與方法支持，對我國高檔精密數控機床自主研發(fā)與技術創(chuàng)新具有重要的理論與實際意義。