【摘 要】
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机床作为制造业的基础设备,在国家经济发展中具有重要的作用。机床支承系统作为机床所有零部件的承载系统,其误差直接影响机床的整体误差。支承系统由若干个支承件有序联接而成,常见的支承件包括主轴箱、立柱、床身等铸造大件。工程中,机床零件具有几何误差,其在不同位置的具体形状、大小、方向是无法确定的,具有不确定性。支承件几何误差的不确定性经过传递造成支承系统准静态误差具有不确定性。因此,有必要引入不确定分析方
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机床作为制造业的基础设备,在国家经济发展中具有重要的作用。机床支承系统作为机床所有零部件的承载系统,其误差直接影响机床的整体误差。支承系统由若干个支承件有序联接而成,常见的支承件包括主轴箱、立柱、床身等铸造大件。工程中,机床零件具有几何误差,其在不同位置的具体形状、大小、方向是无法确定的,具有不确定性。支承件几何误差的不确定性经过传递造成支承系统准静态误差具有不确定性。因此,有必要引入不确定分析方法对机床支承系统准静态误差进行研究。本文分析了支承系统准静态误差的主要影响因素,探索了不确定性误差对系统误差传递过程的影响,基于接触受力分析和有限元分析方法,建立了支承件滚动导轨副误差模型,求解了支承件结构变形引起的联接面位姿误差,并推导了机床支承系统准静态误差模型。此外,基于研究成果,开发了机床支承系统精度分析工具集模块。 主要内容有以下几方面: (1)针对机床支承件几何误差的不确定性问题,定义误差参量并结合关键几何特征尺寸描述支承件几何公差与空间位姿误差的映射关系。通过蒙特卡洛模拟方法对支承件几何误差参量进行了求解。 (2)提出了考虑不确定因素的滚动导轨副误差模型。重点关注不确定性几何误差对误差传递的影响,引入滚动体与导轨、滑块的接触角,将传统的双边接触问题细化为两个单边接触问题进行接触受力分析,揭示滚动导轨副在几何误差和弹性变形误差耦合作用下的几何变形协调关系,并分析了滚动导轨副的误差变化规律。 (3)进行了支承件滚动导轨副的误差检测实验。经过数据处理,对比实验结果与误差模型结果,发现相对误差在18%左右,从而证明了误差模型的有效性。 (4)建立了机床支承系统准静态误差模型。以某型号机床为研究对象,通过有限元方法分析支承件的结构变形,并建立其与支承件联接面位姿误差之间的映射函数。基于多体系统理论建立了机床支承系统准静态误差模型。最后,分析了支承件几何误差、结构变形引起的误差以及不同来源误差耦合作用下支承系统误差的变化规律。 (5)开发了机床支承件精度分析工具集。工具集的主要模块包括几何误差建模模块、精度特性分析模块、灵敏度分析模块。
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