機(jī)床支承系統(tǒng)的誤差不確定性研究.pdf

1、中國(guó)制造2025計(jì)劃將高檔數(shù)控機(jī)床列為十大重點(diǎn)領(lǐng)域，對(duì)其提出了高精密、高效的發(fā)展要求，因此對(duì)數(shù)控機(jī)床精度的設(shè)計(jì)與提高變得日益重要。機(jī)床支承系統(tǒng)是由多個(gè)支承件通過(guò)靜聯(lián)接或者動(dòng)聯(lián)接組合而成，其誤差最終影響機(jī)床的整體精度。在機(jī)床的設(shè)計(jì)階段，支承件的幾何誤差是未知的，具有不確定性，導(dǎo)致最終機(jī)床支承系統(tǒng)的誤差也是不確定性的。過(guò)去基于參數(shù)確定性的機(jī)床誤差分析方法無(wú)法滿足支承件的設(shè)計(jì)需求。因此本文研究了機(jī)床支承件的典型幾何要素特征，提出了不確定的支承

2、件誤差建模方法，建立了基于支承件幾何誤差不確定性的運(yùn)動(dòng)誤差等效模型，并最終建立了機(jī)床支承系統(tǒng)誤差分析模型。主要工作內(nèi)容如下：
　?。?）對(duì)常見(jiàn)的幾何誤差進(jìn)行了分類(lèi)，并采用小位移旋量理論描述了不同類(lèi)型的幾何公差。以直線度誤差和尺寸誤差為例，詳細(xì)闡述了基于蒙特卡洛模擬的幾何誤差不確定性分析步驟。
　?。?）提出了基于支承件幾何誤差不確定性的運(yùn)動(dòng)誤差等效模型。將支承件不確定的幾何誤差與運(yùn)動(dòng)誤差等效為滾動(dòng)體的彈性變形，基于赫茲接觸理

3、論建立運(yùn)動(dòng)支承件的靜力學(xué)模型，得到了運(yùn)動(dòng)誤差的等效模型；研究不同的幾何誤差對(duì)運(yùn)動(dòng)誤差的影響規(guī)律，結(jié)果表明：平面度誤差主要影響X和Y向位置誤差，平行度和垂直度主要影響X向側(cè)向誤差和繞Y軸偏擺誤差。
　?。?）分析支承件幾何誤差和彈性變形與支承件的位置與運(yùn)動(dòng)誤差矩陣的映射關(guān)系，基于多體系統(tǒng)理論建立了機(jī)床支承系統(tǒng)的不確定性誤差模型。以某車(chē)銑復(fù)合加工中心為例，分析了幾何誤差、彈性變形對(duì)機(jī)床支承系統(tǒng)誤差的影響規(guī)律，結(jié)果表明支承系統(tǒng)的誤差與平

4、面度誤差幾乎呈線性變化，且Y方向敏感性更大；平面度誤差影響程度大于垂直度誤差和平行度誤差；隨著平面度幾何公差的增加，其 Y向誤差貢獻(xiàn)率顯著增加，從37%增加到70%，X和Z向誤差貢獻(xiàn)率一直穩(wěn)定在較高的數(shù)值。
　?。?）利用API激光干涉儀測(cè)試系統(tǒng)完成了支承件的誤差試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析獲得了支承件三向運(yùn)動(dòng)角度誤差和兩向位置誤差。擬合試驗(yàn)結(jié)果，并與解析解進(jìn)行了比較，相對(duì)誤差在20%左右，變化趨勢(shì)與試驗(yàn)值相符，驗(yàn)證了理論模型的可靠性