● 摘要
陀螺框架是陀螺仪的重要组成部件。精密陀螺框架属薄壁类零件，其结构刚性差，在加工的过程中极易产生变形，经常使零件超差甚至报废。工艺系统中机床误差、装夹变形等对零件的加工精度产生重要的影响。如何在精密薄壁零件的夹具设计和制造过程中应用各种制造理论和各种方法手段提高零件的加工精度，成为精密零件制造的一个重要研究课题。 本文针对精密陀螺框架加工中存在的问题，将多体系统理论和有限元方法分别引入到陀螺框架加工误差建模和框架的装夹变形分析中来，对陀螺框架的加工误差进行数字化建模与分析。 首先，针对在坐标镗床上调头镗孔加工陀螺框架同轴孔工艺过程，基于多体系统理论，建立了陀螺框架加工误差模型。结合实际加工条件确定了加工误差数学模型中的各种参数，对陀螺框架的加工误差进行了定量计算，计算结果表明转台误差是影响陀螺框架加工误差的主要因素，并分析了转台各项误差对同轴度误差的影响规律。基于此给出了陀螺框架专用加工机床的布局设计方案。 然后，采用有限元方法对陀螺框架装夹变形进行了仿真分析。根据精密陀螺框架零件的结构和精镗同轴孔的工艺要求，设计了三套陀螺框架的精镗夹具，并基于ANSYS建立了陀螺框架装夹变形的有限元分析模型，对工件装夹方案、夹紧位置与变形的关系以及夹紧力与变形的关系进行了仿真优化分析。给出了优化的工件装夹方案，确定了夹紧力的控制范围。 最后，基于VC与MATLAB混合编程开发了一个陀螺框架加工误差计算分析工具，利用该工具可以对陀螺框架的加工误差进行快速的预测、分析，并给出可视化的结果显示。 本课题以陀螺框架的加工误差分析为切入点，对精密薄壁零件的加工误差建模与分析方法进行了探讨，为陀螺框架加工误差的分析提供了一个有效途径。