機床支承系統(tǒng)的誤差不確定性研究.pdf

1、中國制造2025計劃將高檔數控機床列為十大重點領域，對其提出了高精密、高效的發(fā)展要求，因此對數控機床精度的設計與提高變得日益重要。機床支承系統(tǒng)是由多個支承件通過靜聯(lián)接或者動聯(lián)接組合而成，其誤差最終影響機床的整體精度。在機床的設計階段，支承件的幾何誤差是未知的，具有不確定性，導致最終機床支承系統(tǒng)的誤差也是不確定性的。過去基于參數確定性的機床誤差分析方法無法滿足支承件的設計需求。因此本文研究了機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動誤差等效模型，并最終建立了機床支承系統(tǒng)誤差分析模型。主要工作內容如下：
　?。?）對常見的幾何誤差進行了分類，并采用小位移旋量理論描述了不同類型的幾何公差。以直線度誤差和尺寸誤差為例，詳細闡述了基于蒙特卡洛模擬的幾何誤差不確定性分析步驟。
　　（2）提出了基于支承件幾何誤差不確定性的運動誤差等效模型。將支承件不確定的幾何誤差與運動誤差等效為滾動體的彈性變形，基于赫茲接觸理

3、論建立運動支承件的靜力學模型，得到了運動誤差的等效模型；研究不同的幾何誤差對運動誤差的影響規(guī)律，結果表明：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動誤差矩陣的映射關系，基于多體系統(tǒng)理論建立了機床支承系統(tǒng)的不確定性誤差模型。以某車銑復合加工中心為例，分析了幾何誤差、彈性變形對機床支承系統(tǒng)誤差的影響規(guī)律，結果表明支承系統(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向誤差貢獻率顯著增加，從37%增加到70%，X和Z向誤差貢獻率一直穩(wěn)定在較高的數值。
　?。?）利用API激光干涉儀測試系統(tǒng)完成了支承件的誤差試驗，對試驗數據進行分析獲得了支承件三向運動角度誤差和兩向位置誤差。擬合試驗結果，并與解析解進行了比較，相對誤差在20%左右，變化趨勢與試驗值相符，驗證了理論模型的可靠性