面向加工精度的機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差建模與分析技術(shù).pdf

1、機(jī)床核心部件的精度在很大程度上決定了機(jī)床整體的加工精度，而主軸系統(tǒng)是機(jī)床主要的核心部件之一。在精密切削加工中，機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響大約占30％-70%，對(duì)于加工精度越高的機(jī)床，則影響越大。
　　針對(duì)主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)精度控制的相關(guān)研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，本文提出了“面向加工精度的機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度建模與分析技術(shù)”研究課題。研究目標(biāo)為：通過(guò)建模仿真的方法，分析機(jī)床主軸各個(gè)回轉(zhuǎn)誤差源對(duì)加工精度的影響規(guī)律，為機(jī)床誤差防止和誤差補(bǔ)償提供

2、技術(shù)支持。首先通過(guò)機(jī)床主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特征、技術(shù)參數(shù)、回轉(zhuǎn)誤差源、加工精度影響因素等的定性分析，建立了系統(tǒng)化、通用性機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差數(shù)學(xué)模型。然后以虛擬加工技術(shù)為依托，通過(guò)所建模型將機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差映射到虛擬工件上，定量分析主軸回轉(zhuǎn)誤差源、其它加工精度影響因素對(duì)回轉(zhuǎn)中心以及工件加工精度的影響規(guī)律（包括單一誤差源、單一支承、多誤差疊加綜合作用效果）。最后通過(guò)簡(jiǎn)化處理的計(jì)算過(guò)程、更加精確的取樣數(shù)據(jù)、計(jì)算程序的集成化處理、仿真界面的整合等，來(lái)實(shí)

3、現(xiàn)本文的主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度影響的定量分析與可視化仿真，并完成了研究?jī)?nèi)容的應(yīng)用分析。本文主要研究工作如下：
　　1.在系統(tǒng)分析了解機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差相關(guān)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對(duì)當(dāng)前研究中還存在的問(wèn)題，提出了本研究課題，并確定了研究目標(biāo)，即采用建模與仿真相結(jié)合的方法分析機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差源對(duì)加工精度的影響規(guī)律。最后簡(jiǎn)要介紹了本文的主要研究?jī)?nèi)容及其總體框架。
　　2.簡(jiǎn)要介紹了典型機(jī)床主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成以及軸承的選型；重點(diǎn)分析了主

4、軸回轉(zhuǎn)誤差的特點(diǎn)及其主要的影響因素，包括主軸本身、軸承、軸承孔本身的幾何誤差、受力變形以及熱變形誤差等。為了面向加工精度建模，分析歸納了工件加工精度的影響因素；根據(jù)加工過(guò)程中表面發(fā)生線與成形運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，定性分析了刀具對(duì)工件加工精度影響。分析了本次研究的關(guān)鍵問(wèn)題，確定了研究思路和研究方案。最后對(duì)本研究方案中將用到的基本理論及技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，包括：誤差評(píng)定方法、齊次坐標(biāo)變換原理及方法等。
　　3.以主軸系統(tǒng)中最常用兩支承結(jié)構(gòu)為對(duì)象

5、，建立主軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)誤差的數(shù)學(xué)模型。建模中考慮的主軸回轉(zhuǎn)誤差影響因素有：軸頸輪廓誤差、軸承孔輪廓誤差、軸頸輪廓同軸度誤差、軸承孔輪廓同軸度誤差、受力方向。為進(jìn)行面向加工精度的分析，對(duì)加工精度的其他影響因素進(jìn)行了分析及數(shù)字化建模，其他影響因素建模包括：主軸回轉(zhuǎn)在工件表面的影響、刀具刀尖圓弧半徑的影響、刀具運(yùn)動(dòng)的影響、工件表面發(fā)生線。實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)性、通用化機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差建模。以前支承軸頸輪廓誤差為例，介紹了誤差源對(duì)工件加工精度影響的定量分析方

6、法，包括計(jì)算過(guò)程的簡(jiǎn)化處理以及誤差源取樣精度分析。通過(guò)前支承軸頸輪廓和軸承孔輪廓誤差對(duì)加工精度影響的定量計(jì)算，分析了誤差疊加的作用效果。為了分析主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工工件的影響，研究了前后支承綜合作用后的影響規(guī)律分析。然后進(jìn)行方差分析實(shí)驗(yàn)，分析誤差源影響加工精度的程度，重點(diǎn)分析了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與計(jì)算過(guò)程，并根據(jù)計(jì)算得到誤差源影響的結(jié)果進(jìn)行顯著性判斷。定量分析了加工精度的其他影響因素的作用效果，如：刀尖半徑、懸伸比、進(jìn)給量、受力方向角等。