【摘 要】
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舰船行业的迅速发展,对螺旋桨的加工水平提出了高精度、高效率的要求。采用两套相同的XYZ-3RPS六轴混联加工装备对称布置在待加工螺旋桨两侧,对其进行双刀双面加工,可有效解决大型螺旋桨在加工过程中存在的振颤、干涉、二次装夹等问题,提高螺旋桨的加工精度和效率。混联机构的末端精度问题是制约其在复杂曲面零件加工领域广泛应用的瓶颈,而运动学标定作为改善机构末端精度的经济有效手段,受到了国内外学者的广泛研究。
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目:大型舰船用螺旋桨叶片双面双刀对称加工精度提高方法研究,项目编号:51975157
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舰船行业的迅速发展,对螺旋桨的加工水平提出了高精度、高效率的要求。采用两套相同的XYZ-3RPS六轴混联加工装备对称布置在待加工螺旋桨两侧,对其进行双刀双面加工,可有效解决大型螺旋桨在加工过程中存在的振颤、干涉、二次装夹等问题,提高螺旋桨的加工精度和效率。混联机构的末端精度问题是制约其在复杂曲面零件加工领域广泛应用的瓶颈,而运动学标定作为改善机构末端精度的经济有效手段,受到了国内外学者的广泛研究。对XYZ-3RPS六轴混联加工装备进行了运动学分析。分析了混联装备的结构特点;在少自由度3RPS并联机构运动参数解耦的基础上,建立了混联装备的运动学正、逆解模型;利用ADAMS的虚拟样机技术,仿真验证了并联机构运动学模型的正确性。采用分离标定的思想,分别建立串、并联机构的误差模型。建立了装备末端实际位移与串联机构X、Y、Z三向平台实际移动方向间的映射模型;基于空间闭环矢量法和摄动理论,构建了3RPS并联机构末端6维位姿误差与其30项几何误差源间的映射模型,并实现了误差源分离;数值仿真验证了并联机构误差模型的有效性;末端位姿误差的分析结果表明,末端6维位姿误差的极值均分布于工作空间的边缘。研究了混联装备的参数辨识模型和误差补偿策略。基于末端位置信息,分别建立了串、并联机构的参数辨识模型;通过添加约束条件实现并联机构参数辨识矩阵满秩;以辨识矩阵条件数的倒数作为观测性指数O,使用局部收敛和禁忌搜索的方法对并联机构观测位形进行优选;采用Tikhonov正则化方法对并联机构参数辨识进行了鲁棒性优化;采用修正并联机构输入的方式对其末端可控自由度方向误差进行补偿,采用修正串联机构几何参数的方式对末端残余位置误差进行补偿;数值仿真验证了参数辨识方法和误差补偿策略的有效性。对混联加工装备样机进行了标定实验和补偿效果检验。构建了双目视觉三维测量系统,完成了双目视觉立体标定;基于末端位置测量信息,完成了装备初始位形零点标定;通过单轴运动,实现XYZ串联机构的参数辨识;利用标定完成的串联机构反向调整标定位形时末端名义位移,完成了3RPS并联机构的标定实验;检验结果表明,补偿后装备样机末端绝对位姿误差得到有效降低。
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