数控机床制造精度分配优化方法的研究
时间：2026-01-13
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北京工业大学
硕士学位论文
数控机床制造精度分配优化方法的研究
姓名：康方
申请学位级别：硕士
专业：机械制造及其自动化
指导教师：范晋伟
20080501
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摘要
摘要
精度设计是机床设计中的重要一环，包含精度分析和精度分配两个互逆问题，其中精度分配是指在满足给定整体精度的基础上优化设计机床组成零部件的精度，有良好的实际应用意义。而精度分配在理论和实践方面还都不成熟，本文正是以此为契机，对精度分配进行了较为系统研究。
首先，基于多体系统运动学理论，以三坐标数控机床ＺＫ７６４０为研究对象，
描述了其拓扑结构，低序体阵列，２１项几何误差，并推导出相邻体变换矩阵，最后建立了ＺＫ７６４０的误差模型。该模型与机床结构一一对应，是机床精度分配研究的基础。基于多体系统运动学理论进行精度分配优化设计，避免了在误差成本模型中的线性误差和角性误差的量纲不一致，避免了伪优化结果。
然后，在误差模型的基础之上，单独考虑每一个误差参数对加工精度的影响，
计算了各个几何误差参数对机床加工精度的影响程度，并作为后续成本误差模型的成本权数。
其次，基于遗传算法建立了精度分配的优化设计模型，使用ＭＡＴＬＡＢ及其遗传算法工具箱ＧＡＤＳ进行了精度分配，得到优化的各个设计对象，并验证了优化的参数能满足机床整体精度要求。
最后，为保证精度分配理论的完整性，本文尝试使用多学科优化设计方法建立了动态精度分配的研究思路和理论框架。并尝试了载荷误差控制子系统的部分研究，使用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对机床立柱进行了动态特性分析。
通过进行此次精度分配的研究，细化了导轨和丝杠的三级和四级精度，为人们更好的选择制造导轨和丝杠提供了很好的理论依据。关键词数控机床；几何精度；精度分配；遗传算法；多学科优化设计方法
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Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ａｃｃｕｒａｃｙｄｅｓｉｇｎｉｓａｋｅｙｓｔｅｐｉｎｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｔａｉｎｓｔｗｏｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ
ｐｒｏｂｌｅｍｓＡｃｃｕｒａｃｙＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＡｃｃｕｒａｃｙＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．ＡｃｃｕｒａｃｙＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍｅａｎｓ
ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｂａｓｅｄｏｎｓａｔｉｓｆｙｉｎｇｔｈｅｇｉｖｅｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ａｔｔｒｉｂｕｔｅｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌ，ｗｈｉｃｈｈａｓ
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｓｓｔｉｌｌｎｏｔｍａｔｕｒｅ
ｉｔａｇｏｏｄｐｒａｃｔｉｃａｌｓｅｎｓｅ．Ｗｈｉｌｅ，ａｃｃｕｒａｃｙａａｎｄｐｅｒｆｅｃｔ．Ｓｏｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｍａｋｅｓｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｓｔｕｄｙｏｎ，ａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｓａｓｅｒｉｅｓｏｆｎｅｗｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｔｈｏｕｇｈｔｓ．
Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｇｅｏｍｅｔｒｉｃ
ｍｕｌｔｉ－ｂｏｄｙ
ｗｈｉｄｌｈａｓｅｒｒｏｒｓｏｆＺＫ７６４０ｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｉＳｂｕｉｌｔｂａｓｅｄｏｎｓｙｓｔｅｍｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｔｈｅｏｒｙ．Ｔｈｉｓｍｏｄｅｌｉｓｔｈｅｂａｓｅｏｆａｃｃｕｒａｃｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＺＫ７６４０．Ｉｎｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｗｉｔｈｔｈｅｔｈｅｍｏｄｅｌ，
ｅｒｒｏｒ８ａｒｃｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌ’Ｓｔｏｐｏｌｏｇｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｌｏｗ－ｏｒｄｅｒｂｏｄｙａｒｒａｙａｎｄｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｙ
ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．
Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｂａｓｅｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌ
ｅＩＴＯｒｏｆｇｅｏｍｅｔｒｉｃｅｒｒＯｒｓ，ｔｈｅａｆｆｅｃｔｉｏｎｏｆｅｖｅｒｙｇｅｏｍｅｔｒｙｐａｒａｍｅｔｅｒｔｏｍａｃｈｉｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ａｎｄｔｈｅａｆｆｅｃｔｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｈ嗍ｌｔｈｅ
ｅ订郴ｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．
Ｔｈｅｎ，Ａｃｃｕｒａｃｙ
Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）．Ｔａｋｅ
ｇｅｔｔｉｎｇａｌｌｏｆｔｈｅｕｓｅＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎＧＡ（ＧｅｎｅｔｉｃｏｆＭＡＴＬＡＢａｎｄＧＡｔｏｏｌｂｏｘｄｏｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｃａｎｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆ
ａｃｃｕｒａｃｙｂｙｖａｌｉｄａｔｉｎｇ．
Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｔｈｅｏｒｙ’Ｓｉｎｔｅｇｒａｌｉｔｙ，ｔｈｅｔｈｅｓｉｓｔｒｙｓｔｏｐｒｅｓｅｎｔｔｈｅｓｔｕｄｙ
数控机床制造精度分配优化方法的研究.doc
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