精密与超精密机床精度建模技术.pptx

学习汇报 CONTENTS 1 2 3 学习进度 遇到问题 未来计划 1 学习进度 超精密机床知识学习 1.几何精度建模 2.精度模型和应用 3.刀具及加工表面形貌建模 4.激光干涉仪误差检验 5.虚拟加工技术 1 几何精度建模 1.误差的基本知识 精准度，重复度，分辨率的概念 误差特性和分类（系统，时变，随机性，过失） 表面粗糙度（参数）及评价 2.精密机床的发展和误差描述 加工的尺寸、形状精度： 精密加工技术：0.1~1μm，Ra≤30nm 超精密加工技术：0.1~100nm，Ra≤10nm 超精密加工条件 误差分析：外部误差，内部误差。 建模目的：主要建立机床几何误差和刀具成形误差的模型。 机床几何误差项（每个轴有6项基本误差） 精密和超精密机床加工精度要求 1 几何精度建模 3.几何精度建模理论发展 4.多体误差分析与建模运动学理论概述 多体系统几何结构（描述方法：1.基于图论；2.低序体阵列） 作用：几何描述 （典型体Bj相对于Bi的运动情况—方阵—多体系统坐标系） 转变矩阵（理想运动） 坐标变换，平移，旋转 1 几何精度建模 转变矩阵（实际运动） 函数变分概念 变分阵=应变阵+旋转阵+纯平移阵 静止状态——误差取决于联接精确性和内外因素影响 运动状态——误差取决于运动精确性和运动量 线误差和角误差的变换阵 5.多体系统动力学方程 零级运动方程？（理想和实际） 6.多体系统约束 结构约束（自由度） 相对运动约束（约束方程） 1 几何精度建模 7.多轴机床成形运动 运动轴命名—机床分类 成形运动（刀具与零件的相对运动） 成形点，刀具轨迹，成形函数 X Y Z TTTRR 2 精度模型和应用 1.超精密车床和大型超精密五轴机床成型运动和空间误差建模 拓扑结构、低序体阵列和特征矩阵（与第一章基础类似，运用到实际机床中） 主要误差：工件装夹误差，主轴误差，导轨误差，工作台定位误差，机床 非刚体误差 机床的特征矩阵（理想与实际运动）—成形函数与运动约束方程 2.超精密回转轴系的误差建模 6项基本误差：定位误差，滚转误差，位移误差，颠转误差，偏转误差（误差识别） 测量方法：回转误差——在用三个传感器进行零件和主轴误差的分离 主轴偏角误差——打表找正，试车法，检测盘然后误差分离 3.滚珠丝杠的特性和精度分析 微动特性：丝杠在传递微米甚至纳米级的运动时表现出来的特性 宏观运动特性：丝杠在传递宏观运动时表现出来的运动特性 结论：丝杠的轴向受力变形和扭转变形均是线性的，唯有滚珠与滚道之间的接触变形是非线性的。 滚珠与丝杠，滚珠与螺母之间是弱刚度环节，刚度和预紧力是非线性的。 机床进给机构中的接触刚度决定了机床进给机构的刚度。 2 精度模型和应用 传动机构的摩擦 摩擦机理：弹性滞后，塑性变形，界面粘着，界面微滑 传动机构的反向间隙 静态间隙和动态间隙 开环系统：“切顶”现象 （半）闭环系统：对系统稳定性和输出轨迹光滑性的影响 超精密加工必须消除传动间隙——预紧法 滚珠丝杠对直线度的影响（变形，自重……） 3 刀具及加工表面形貌建模 本章主要结合了刀具的几何形状、进给速度、主轴转速、刀具与工件的相对振动等影响因素，进行建模仿真 1.建模 建模方法：1.有限元法；2.分子动力学模拟法；3.运动学和切削机理的分析方法 2.刀具模型和轮廓加工误差 切削刃：单点刃刀具，线形刃刀具，面形刃刀具 直线轮廓误差：实际位置与刀具指令直线轨迹的最小偏差。 曲线轮廓误差 自由曲面轮廓误差 误差表达方法。 3.精密车削的建模和分析 拓扑结构和特征矩阵 刀具模型方程-车刀轨迹参数方程 仿真 4.非球面面形建模和分析 a.杯形砂轮（加工陡度高）；b.平行砂轮；c.球形砂轮（修整） d.离轴非球面的加工方式 误差分析：加工残留误差直接影响工件的面形精度 砂轮形状误差（磨损，安装倾角） 3 刀具及加工表面形貌建模 5.单点超精密车削 影响加工表面形貌：切削刃的几何形状、进给速度、主轴转速以及振动（刚度） 刀具干涉：过切和欠切现象 刀具干涉与切削参数包括切削刃圆弧半径，进给量以及振动频率幅值有关。 6.飞切加工三维形貌仿真 飞切加工表面形貌建模算法 7.超精密车削表面特性分析与相对振动 FFT分析表面轮廓 径向轮廓：a.进给量对工件表面频谱的影响 b.振动对工件表