[发明专利]基于区间理论的精密卧式加工中心几何精度优化分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控机床几何精度优化分配领域，尤其是一种基于区间理论的精密卧式加工中心几何精度优化分配方法。

背景技术

精密数控机床是基础制造装备的工作母机，其设计和加工能力直接影响制造业的发展。高档数控机床质量的好坏，直接表现在机床的制造精度和装配精度，而机床精度设计和精度分配的优劣，对其质量好坏有着重大影响。

对于机床精度分配问题，国内外学者进行了较为广泛和深入的探究，取得了一定的进展。主要有零部件公差加权欧式范数最大法、蒙特卡罗法、尺寸链法、基于公差—成本模型的精度分配方法等方法，这些方法大多针对并联机构，并且无法直接指导高档数控机床的制造装配过程。目前，国内的机床企业在进行精密数控机床精度设计和精度分配时，通常采用传统的类比、机床手册查询以及设计人员估算的方法，没有从根本上解决问题，设计的机床难免会过分依赖设计人员的经验，无法形成科学化、理论化、系统化的设计方法。

精密数控机床待切削点到刀尖点的空间误差直接反映了机床的加工精度，而空间误差是通过各运动副几何误差耦合作用产生的。因此，如何在满足整机空间误差的前提下，合理、经济以及快速地优化分配几何误差是目前精密数控机床装配制造亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题而提供一种基于区间理论的精密卧式加工中心几何精度优化分配方法，其能够使难于实现的误差源放松至最大的可行区间。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于区间理论的精密卧式加工中心几何精度优化分配方法，包括以下步骤：

步骤(1)：首先将数控机床看作由多个刚体串联而成的多体系统；其次使用多体系统运动学理论描述数控机床上各运动部件之间的拓扑关系；再次使用齐次坐标变换矩阵相乘表示数控机床上相邻部件连体坐标系之间的位姿转换关系；最后建立起数控机床各几何误差与机床空间误差之间的映射模型；

步骤(2)：基于区间理论，根据区间扩张因子定义灵敏度，并进行灵敏度分析以反映各误差源对整机空间误差的影响程度；

步骤(3)：以各误差源区间宽度为设计变量、整机空间体对角线误差为约束条件、各误差源灵敏度系数与区间宽度负二次方乘积的代数和为目标函数，建立区间优化分配模型；

步骤(4)：基于遗传算法，运用MATLAB软件来求解从而实现几何精度优化分配。

本发明的有益效果是：本发明针对精密卧式加工中心提出了基于区间理论的几何精度优化分配方法，基于多体系统运动学理论建立机床几何误差的整机空间误差映射模型，基于区间理论进行灵敏度分析并建立区间优化分配模型，最后基于遗传算法运用MATLAB软件来求解从而实现几何精度优化分配，使难于实现的误差源放松至最大的可行区间，大大降低了生产成本，提高了机床生产装配效率。

附图说明

图1为本发明基于区间理论的精密卧式加工中心几何精度优化分配方法的流程图；

图2为u2000/800H精密卧式加工中心三维模型图；

图3为遗传算法原理图；

图4为各几何误差源精度优化分配结果。

其中，1-床身 2-X向滑台 3-B向转台 4-工件 5-立柱 6-主轴箱 7-主轴 8-刀具。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

如图1所示，本发明提供的基于区间理论的精密卧式加工中心几何精度优化分配方法，包括以下步骤：

(1)建立机床各几何误差和机床空间误差之间的映射模型；

数控机床的几何误差，根据是否与机床运动位置相关，可分为位置相关几何误差(PDGEs)和位置独立几何误差(PIGEs)。本发明以u2000/800H精密卧式加工中心为例，模型如图2所示，对本发明的方法加以说明，上述加工中心在仅考虑平动轴几何误差的情况下共有21项几何误差：与三个轴线坐标位置相关的9项位置误差和9项转角误差，以及位置独立的三个轴线之间的3项垂直度误差，共计18项位置相关几何误差、3项位置独立几何误差，如表1所示。

表1数控机床的21项几何误差