面向元动作的机械传动系统可靠性分配方法

针对机械传动系统可靠性分配中存在的不确定性问题,提出了一种对不确定性进行量化的机械传动系统可靠性分配方法。利用“功能运动动作”的分解方法提取了传动系统中可靠性分配的最小粒度（即元动作）;根据元动作的可靠性数学模型,提出了一种基于低阶逼近的Sobol法的传动系统灵敏度计算方法,量化了传动系统中各个元动作的可靠性灵敏度,并甄别出影响传动系统可靠性的关键元动作;建立了元动作与系统整机可靠性的映射关系,并对映射结果进行了求解。应用结果表明,该方法具有较高的计算精度,为机械传动系统的可靠性分配提供了指导。     

基于偏最小二乘回归的运动机构装配质量关键控制点判定方法

为提高复杂运动机构装配质量,提出了一种基于偏最小二乘回归(PLSR)的运动机构装配质量关键控制点判定方法。基于"功能—运动—动作"的结构化分解方法,定义了元动作和元动作链的概念;将元动作链中最后一个元动作输出运动参数作为装配质量的分析对象,以状态空间模型和分层迭代法为工具构建元动作链动力传递模型,建立装配质量分析对象与各级元动作内部影响因素之间的联系;利用PLSR解决各级元动作内部影响因素之间的多重共线性和样本数据过少的问题,并且以变量投影重要性指标衡量影响因素重要程度。最后,以砂轮架X轴进给运动下的元动作链为例,证明了该方法能有效地提取出与装配质量最密切的影响因素。     

[装配技术]基于偏最小二乘回归的运动机构装配质量关键控制点判定方法

为提高复杂运动机构装配质量，提出了一种基于偏最小二乘回归（PLSR）的运动机构装配质量关键控制点判定方法。基于“功能—运动—动作”的结构化分解方法，定义了元动作和元动作链的概念;将元动作链中最后一个元动作输出运动参数作为装配质量的分析对象，以状态空间模型和分层迭代法为工具构建元动作链动力传递模型，建立装配质量分析对象与各级元动作内部影响因素之间的联系;利用PLSR解决各级元动作内部影响因素之间的多重共线性和样本数据过少的问题，并且以变量投影重要性指标衡量影响因素重要程度。最后，以砂轮架X轴进给运动下的元动作链为例，证明了该方法能有效地提取出与装配质量最密切的影响因素。     

基于GA-SVM的数控机床装配质量预测模型

装配质量的好坏直接决定了数控机床的最终性能,为对数控机床装配质量进行事前预测,提高装配合格率,采用基于GA-SVM方法建立数控机床装配质量预测模型。首先,基于"功能—运动—动作"的结构化分解方法对机床进行元动作分解,将各级元动作内部影响因素作为装配影响因素,并以元动作链中最后一个元动作输出运动参数作为装配质量分析对象。然后,将GA-SVM模型运用到砂轮架X轴进给运动下的元动作链装配质量预测中,为证明该模型的实用性与有效性,将GV-SVM模型得到的预测结果与BP神经网络、常规SVM模型进行对比分析,结果表明:三者的预测结果的平均相对误差分别为3.83%、8.90%和10.16%,显然,GA-SVM模型较其他两种预测模型而言预测效果较好,为数控机床装配工艺进一步优化提供指导意义。     

面向数控机床装配精度预测的元动作误差建模技术

装配是保证产品质量的重要环节,而装配精度是装配过程的重要度量指标。为预测数控机床最终装配精度,利用"功能-运动-动作(Function-Movement-Action,FMA)"的功能分解原则对机床的装配过程进行结构化分析,将机床分解至基本动作单元-元动作;构建基于元动作的装配误差传递层次架构图,清晰地表达了各装配单元间的装配关系及几何特征之间的逻辑关系;以几何特征误差在装配过程中的传递与积累为基础,构建多层次状态空间模型预测数控机床最终装配精度;以某数控加工中心的Z轴进给功能装配单元为例,验证了该方法在机床装配误差预测中的可行性。     

环形移动装置的精度分析与优化研究

针对环形焊缝自动焊接装置中移动装置存在的低精度、高成本等问题,将精度可靠性的评价方法应用到移动装置的精度分析与优化中。基于多体系统理论建立了移动装置的误差模型,采用蒙特卡洛法对移动装置的运动误差进行了精度分析。以精度分析中误差敏感度的分析结果为基础,建立了以移动装置制造成本最低为优化目标、以满足精度可靠性设计要求为性能约束的移动装置精度分配优化模型,利用多岛遗传算法与蒙特卡洛法相结合对移动装置的误差源进行了精度分配优化设计。研究结果表明,移动装置经过优化后,精度可靠性达到设计要求,且与经验设计相比,制造成本降低19.1%,为环形移动装置的加工制造提供了依据。     

FMA结构化分解驱动的加工中心设计过程规划

为了更好的实现加工中心的设计,减少设计过程的迭代次数,缩短开发周期,以加工中心的功能运动为核心,利用FMA结构化分解将加工中心按照"功能-运动-动作"的顺序逐层分解至相应的元动作,定义了元动作设计结构单元,在考虑各设计单元耦合性的基础上提出了FMA结构化分解驱动的加工中心设计过程规划流程;然后用可变度与敏感度双指标表示设计单元间的耦合程度,以设计结构矩阵为工具对设计单元间的耦合强度进行量化,利用基于次序指标的割裂算法对耦合强度矩阵进行割裂规划,优化设计单元的初始设计顺序,从而实现了加工中心的设计过程规划,加速了加工中心的设计与开发;最后以托盘交换架功能组元动作设计单元间的设计规划过程为例,证明了本文的可行性。     

[可靠性建模及试验技术]基于元动作模块的多轴数控机床精度分析

为充分发挥多轴数控机床大数据的价值，降低运动精度的预测难度，提出了基于元动作模块的精度分析方法。采用多体模型描述机床运动系统的结构和运动关系，利用旋量理论和微分方法推导了用于运动精度评价的坐标误差模型；规划了多轴数控机床大数据驱动的精度分析的结构框架，并重点论述了以元动作模块为基本组成单元的分布式元动作数据库的构建方法，该方法充分发挥历史大数据和实时动态数据的价值，保证了机床运动系统的仿真和精度预测的稳定性与准确性。通过对五轴联动加工中心的刀具运动系统的实例分析，验证了精度分析方法的简便性和适用性。     

元动作装配单元误差源及误差传递模型研究

机械产品装配误差源和误差传递规律分析,是装配精度预测与控制的前提工作。在对数控机床进行结构化分解至元动作的基础上,提出了元动作装配单元的概念。针对元动作装配单元层面影响装配质量的因素,将装配过程的误差源分为位置误差、形状误差、装配位置误差等五类误差源;建立各类误差源及其误差评价的统计模型;分析误差在零件间、零件内两特征间的传递和相互作用,构建误差传递链图、误差传递网络对五种误差源与配合误差进行形象化表达。综合误差传递链接图,建立面向整个产品误差传递及装配功能表达的装配误差网络图模型,为方便误差传递网络图中各类误差传递模型的计算与存储,又进一步构建了面向整个产品装配误差传递的链接矩阵。以某加工中心连续分度转台蜗杆转动元动作装配单元装配为例,验证误差源表达和误差传递模型的有效性。     

可靠性驱动的装配过程建模及预测方法

为解决现有产品装配过程可靠性控制点难以确定的问题,提出产品基本运动功能的“运动功能-运动-元动作”结构化分解思路,并通过分析各元动作可能的故障及与可靠性相关的影响原因,确定了装配过程可靠性控制点。为预测装配过程可靠性数据,在确定可靠性控制点的基础上,利用灰色系统理论分析方法,建立关重可靠性控制点相关数据与装配过程可靠性数据之间的关系模型;然后求解装配过程可靠性数据的模拟值,通过分析模拟值与真实值之间的残差确定模型的模拟精度;在模拟精度有意义的前提下,预测了装配过程可靠性未来数据。以数控机床的功能部件数控转台装配过程为例,验证了上述研究的可行性。     

平面两自由度并联机构运动学标定研究

提出一种平面两自由度并联机构，由运动学分析得出机构的运动学解析解，针对该机构提出了一种运动学标定的新方法。与传统的并联机构运动学标定方法不同，该方法无需测量末端执行装置的全部位置和姿态，只需测量末端执行装置在工作空间内的一系列位移量；通过使用万能工具显微镜作为检测工具，从而无需额外安装位移传感器。建立了使得距离测量误差平方和最小的非线性规划数学模型，并通过MATLAB软件的优化工具箱进行求解。实验证明了该方法的有效性，并得出了机构运动学参数的最优值。实验结果表明，标定后机构精度明显提高，标定方法可靠。     

平面连杆机构运动精度可靠性及灵敏度分析

针对平面连杆机构传动路线长,存在较大的积累误差,对机构的运动精度产生的影响不容忽视的问题,提出了加工误差、结构变形、装配间隙及铰链磨损多因素耦合作用下运动机构精度可靠性分析的建模方法及求解流程。用动量交换法建立铰链间隙的碰撞模型后对机构进行动力学分析,基于动力学分析结果,利用胡克定律及有限元法分析部件变形,利用Archard磨损模型分析铰链的磨损量。在此基础上,给出了加工误差与部件变形影响下杆长的分布参数以及装配间隙与铰链磨损影响下铰链间隙的分布参数,然后将铰链间隙用无质量连杆模型替换,建立并求解机构的运动方程。通过对飞机舱门收放机构的算例分析,得到了该机构在不同收放次数下的运动精度可靠度及对应的可靠性灵敏度,并给出了制造维护建议,证明了方法的可行性。     

横梁蠕变松弛对龙门镗铣床运动精度可靠性的影响建模

针对横梁蠕变变形对龙门镗铣床精度保持性的影响问题，建立了一种龙门镗铣床运动可靠性评估模型。采用有限元软件对横梁残余应力进行多工序连续建模仿真，并通过盲孔法测试验证了有限元模拟的有效性；根据横梁导轨与滑枕座间几何误差的表征关系构建了龙门镗铣床的几何精度退化模型，利用蠕变模拟数据确定y向几何误差退化轨迹；结合机床空间位置误差模型和误差退化轨迹建立了机床运动可靠性评估模型，进而实现对服役期的龙门镗铣床运动可靠性的预测，以及对不同横梁应力状态下运动可靠性的比较评估。结果表明，横梁蠕变变形导致机床运动精度可靠性呈幂律函数形式衰退，且在时效前较大应力下机床运动可靠性降低更明显。     

3-CUR解耦并联3D打印机结构优化与动力学分析

以熔融沉积成形3D打印机为研究对象,指出现有3D打印机存在的不足,阐述其输出运动特性,提出将解耦并联机构应用于3D打印机。选取3-CUR解耦并联机构作为3D打印机机械本体,论述其合理性,给出其输入输出间的映射关系,得到机构的运动雅可比矩阵和满足空间连续打印的驱动角范围。以灵巧度为目标,进一步优化了机构的驱动角范围,再以打印空间为优化目标,基于遗传算法得到机构参数的最优值。建立机构输入输出的误差模型,分析机构定位精度并进行误差补偿,最后基于牛顿-欧拉方法建立机构的动力学模型并进行验证,为样机设计提供理论依据。     

计算机控制高精度磨齿机设计研究

为克服基圆展开法锥面砂轮磨齿机换向带来的传动误差及磨削速度变化大的问题,在工件轴上设置一个附加旋转运动和工作台直线运动的伺服驱动环节,把一个变化控制的机械运动分解为常量与变量的合成,常量部分通过刚性传动链实现无误差运动匹配,变化量部分由伺服系统调节,使产生的传动误差比例份额变小,提高了系统的整体传动链精度.磨削时的展成过程运动均匀,机床调整方便,机械传动系统中无高难技术,结构简单,易保证高的机床制造精度,成本低.     

基于非线性分析方法的摆线针轮系统传动精度研究

以摆线针轮传动系统为研究对象，通过分析各零件受力状况，依据达郎贝尔原理建立该系统传动精度的非线性动力学数学模型，并用Newmark法对其进行求解。通过对摆线针轮传动系统动力学行为进行数值仿真，表明仿真结果与实测结果吻合较好。该方法适用于高精度摆线针轮系统的传动精度研究，为设计、制造高精度摆线针轮传动系统提供了相应的理论依据，同时也有助于其他类似齿轮系统的传动精度研究。     

工业机器人能耗预测研究

针对工业机器人传统能耗预测方法存在的模型复杂、操作繁琐、测量成本高等问题,从机器人末端动作模式和运动轨迹角度出发,提出了一种基于元动作的工业机器人能耗预测方法。首先分析工业机器人静态和动态运行时的元动作和能耗特点,建立轴移动、轴转动等动态元动作的能耗描述函数及静态元动作的能耗描述函数;然后基于所建元动作库对目标过程进行元动作分解,并构建各元动作的能耗计算模型;最后结合各元动作能耗描述函数和能耗计算模型,实现工业机器人目标过程的能耗预测。应用所提方法,只需事先测试元动作功率并构建能耗描述函数,就能通过分解目标过程实现能耗预测,具有较广阔的应用前景。     

A two-step calibration methodology of multi-actuated mechanical servo press with parallel topology

We present a two-step calibration methodology of multi-actuated mechanical press with parallel topology and illustrate the method with a case study of a dual-actuated servo press with parallel topology. The kinematic model of the servo press is established firstly. From the total differentials of the kinematic equations, the error sensitivity matrix is obtained to find out linear dependent parameters and the effects of kinematic parameters on the press accuracy are studied. It is found that the press mechanism has the advantage that the press accuracy at the working area is less sensitive to the kinematic parameter errors. The experiment is carried out to measure the motions of the moving platform and slider. By the kinematic error model, the kinematic parameters of the active and passive chains are identified, respectively. Experimental results show that the accuracy of the servo press improves by 82% after kinematic calibration.