[发明专利]一种基于价值分析法的机床几何精度优化方法

说明书

本发明公开了一种基于价值分析法的机床几何精度优化方法，该方法基于价值分析法采用机床加工精度的全局敏感度分析和几何误差相关性分析相结合的方法，对四轴加工中心的各误差项进行分析。首先利用齐次变换矩阵法对四轴机床进行几何误差建模；然后对数控机床的加工精度进行全局敏感度分析以及相关性分析，确定各误差项对于机床加工精度的影响程度并确定价值分析法中的功能系数及成本系数；第三，建立机床几何误差的精度分配优化模型；最后，根据价值分析法对机床加工精度进行优化设计。

技术领域

本发明涉及到多轴机床几何精度的分析方法，属于机床精度设计领域，具体涉及一种基于价值分析法的机床几何精度优化方法。

背景技术

在现代机械设计及制造过程中，随着尖端科学技术的发展，对于精密及超精密仪器的加工技术要求越来越高，机床的加工精度便显得更加重要。近些年来，数控机床的加工精度问题越来越受到重视，相关技术也不断取得突破性进展，但是，随着加工精度的不断提高，机床的加工成本也随之增加，因此，为了适应市场需求，必须在确保精度的同时严格控制成本，协调好两者的关系。

精度分配是精度设计的一个重要方面，是根据给定机器或机构等的总位置精度制定其主要零部件的精度，不仅直接决定了产品的技术质量，也影响到产品的加工成本。目前国内外已有许多研究着眼于机床几何误差的精度分配优化设计，但大多数研究仍然不够重视精度与成本两者的紧密联系，许多研究仍然停留在使用传统方法对机床进行精度设计，虽有一定的适用性，但其普遍存在不足之处，主要在于缺乏全面、深入、细致地考虑零部件的功能和结构特征，加工难度和成本等各方面因素，工作效率低且成本较高。

价值分析法的根本目的在于从降低成本和改善功能两个方面进行合理化工作,找出产品中功能与成本两方面的不合理成份进行改进,从而达到提高其价值的目的。价值分析理论认为，在产品设计中既不应单纯追求降低成本,也不应片面追求提高功能,而是要研究功能和成本的最佳匹配。其本质不是以产品为中心，而是以功能为中心。只有通过对与成本紧密联系的功能进行全面系统的科学分析，才能科学地确定产品的必要功能和实现该功能所需要的成本，确定其价值大小，提出创造革新的方案，调节功能之间的比重，减少费用，降低成本，使产品的功能结构进一步合理化。

为了有效地识别对机床加工精度影响较大的几何误差参数，本发明首先基于齐次变换矩阵理论方法，分析各部件几何误差对机床精度的影响，建立精密加工中心的几何误差模型；然后对数控机床的加工精度进行全局敏感度分析以及相关性分析，确定各误差项对于机床加工精度的影响程度并确定价值分析法中的功能系数及成本系数；最后，根据价值分析法对机床加工精度进行优化设计。这种方法可以在一定程度上放宽几何误差的范围，从而在确保加工精度的同时降低机床的制造成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于价值分析法的机床几何精度优化方法，将机床的几何误差在最大允许范围内适当放大，从而避免为了提高机床加工精度而盲目提高关键部件精度等级，有效降低了机床的生产成本，使机床实现价值最大化。

本发明的特征在于引入了价值分析法，从功能和成本等多方面考虑生产过程中如何通过提高关键部件的精度等级来提高机床的加工精度，在传统的精度分配模型基础上建立了一种新的优化模型。

具体包括如下步骤：

步骤1：建立精密加工中心的几何误差模型；

步骤1.1建立所述精密卧式加工中心的特征矩阵；

对卧式坐标镗加工中心几何误差进行建模及分析，卧式加工中心作为四轴数控机床，有包含定位误差、直线度误差、角度误差等在内的三十项几何误差。基于齐次变换矩阵理论，分析各部件几何误差对机床精度的影响，得到各运动部件之间的齐次变换矩阵。

步骤1.2建立精密加工中心的几何误差模型

假设刀具成形点在刀具坐标系t-xyz内的坐标P_t是：