五轴电火花机床动静态特性分析与几何误差分配方法研究

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随着航空航天、汽车工业对高端制造设备的不断需求,电火花加工机床以其高精度的特点受到越来越多的关注。机床的动静态特性是机床设计阶段衡量机床性能的重要指标,几何误差是影响机床加工精度的主要误差源之一。  本文以五轴电火花机床为研究对象,基于ANSYS Workbench对机床的动静态特性进行分析,根据多体系统理论构建整机的空间几何误差模型,运用NSGA-Ⅱ算法对几何误差进行分配。文章的主要结构为:  第一章介绍电火花机床加工的原理和特点,综述了国外学者对机床动静态特性、几何误差建模方法和分配方法的研究现状,分析了影响电火花机床加工精度的主要因素,并简单介绍了本文的研究内容。  第二章应用ANSYS Workbench建立整机的有限元模型,对整机的静态特性进行了仿真分析,分析机床的静态变形和最大应力。在对机床Y轴的工作行程—变形进行仿真分析后,借助Matlab拟合曲线的方法求解机床变形的数学表达式。  第三章从模态分析和谐响应分析两个方面,对整机和的动态特性进行仿真分析,分析机床各阶固有频率和位移响应与振动频率的关系。并对机床的滑枕进行了优化设计,对比了优化设计前后的静态变形和各阶固有频率。  第四章应用多体系统理论对五轴电火花机床进行了几何误差建模,首先分析了任一物体在空间中移动和转动产生的几何误差,详细介绍了机床理想与实际运动矩阵的求解;然后根据五轴电火花机床的实际结构,建立机床的拓扑结构和低序体阵列,用齐次坐标变换推导出机床相邻体间的运动关系;最终建立五轴电火花机床的空间几何误差模型。  第五章提出了一种基于NSGA-Ⅱ算法的机床几何误差分配方法。将电火花机床37项几何误差按照加工特征分类建立了机床几何误差—成本模型;基于机床运行状态函数和正常工作概率函数建立机床几何误差—可靠性模型;将两个模型联立建立几何误差分配的多目标优化模型。最后基于NSGA-Ⅱ算法,利用Isight软件,对多目标优化模型进行求解,对机床37项几何误差进行重新分配。
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