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多变量多工序制造系统尺寸偏差的建模与分析

应杨箭  
【摘要】: 多变量多工序制造系统是指产品需要经过多个相互关联的工序才能完成加工的系统,产品在制造过程中除了在单个工序上受到诸如刀具、夹具和机床等偏差的影响外,不同的工序间的偏差也存在耦合关系,并且这些尺寸偏差随着工序的延展不断的产生、增长、累积和传递,从而形成了最终产品的尺寸偏差。 国内外学者针对多变量多工序制造系统的尺寸偏差问题采用多种方法进行建模,最为典型的是基于偏差流理论的状态空间模型,并且该模型得到了有效运用,但是上述所提的模型中均存在着如下两个问题:一是模型采用非线性方式表示,因此无法将现代控制理论等知识有效应用于实际加工当中;二是模型中所给的系统矩阵均为隐式表示,这也限制了该模型在制造系统中的进一步运用。鉴于以上两点原因,本文针对该模型做了如下几方面的研究: 首先,在建立关键特征分析流程的基础之上,对关键产品特征和关键控制特征进行了有效地分析和阐述;接着,在定义了诸如零件坐标系、夹具坐标系、刀具坐标系等多个坐标系的前提下,对零件的模型以及零件的偏差分别进行了定义,运用齐次转换理论建立了零件坐标系、夹具坐标系以及机床坐标系这三者之间相互转换的关系; 其次,针对已有描述尺寸偏差的模型非线性化表示的问题,综合运用齐次转换和矩阵理论等方法对该模型进行有效地线性化处理,并得到相应的线性状态空间模型;在此基础上,进一步转换得到了描述产品尺寸偏差的线性输入-输出形式模型; 再次,针对线性化后所得模型的系统矩阵中存在着隐式矩阵的问题,本文通过对制造过程中的夹具参数误差、定位基准误差、零件坐标系误差以及测量基准误差这四个方面进行分析,最终得到了显式的系统矩阵。 最后,通过对采用三道工序来进行加工的发动机缸盖加工过程作为对象来进行分析和研究,验证了所得的显式线性模型能够有效地和准确地对多变量多工序制造系统进行描述。


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