机床支承系统准静态误差研究及其工具集模块开发

发布时间：2021-04-17 22:12

　　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... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：106 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 研究背景
    1.3 研究综述
        1.3.1 机床支承件误差建模
        1.3.2 机床误差建模
        1.3.3 不确定性分析
    1.4 本文研究工作
2 机床支承件滚动导轨副误差分析
    2.1 滚动导轨副误差来源分析
        2.1.1 几何误差描述及其特征
        2.1.2 误差传递矩阵描述
    2.2 滚动导轨副接触受力分析
        2.2.1 接触状态分析
        2.2.2 滚动体受力分析
        2.2.3 滑块受力分析
    2.3 滚动导轨副误差模型
        2.3.1 误差模型建立
        2.3.2 不确定性几何误差参量分析
        2.3.3 误差模型求解
    2.4 滚动导轨副误差模型求解与分析
        2.4.1 滚动导轨副结构参数
        2.4.2 直线度对误差分布的影响
        2.4.3 预紧力对误差分布的影响
        2.4.4 外载荷对误差分布的影响
    2.5 滚动导轨副上支承件的位姿误差
        2.5.1 支承件安装基准面公差设置
        2.5.2 不确定性支承件安装基准面几何误差参量分析
        2.5.3 滚动导轨副的移动支承件位姿误差求解
    2.6 本章小结
3 机床支承件滚动导轨副误差检测实验
    3.1 实验仪器
        3.1.1 API激光干涉仪标准版
        3.1.2 支承件滚动导轨副
        3.1.3 数据采集系统
    3.2 实验原理
        3.2.1 建立坐标系
        3.2.2 描述检测误差
        3.2.3 检测原理
    3.3 实验过程
        3.3.1 平面度和垂直度的误差检测
        3.3.2 平行度的误差检测
        3.3.3 准静态运动误差检测
        3.3.4 实验结果处理
    3.4 实验结果与模型结果对比分析
    3.5 本章小结
4 机床支承系统准静态误差分析
    4.1 支承件结构变形误差
        4.1.1 三维模型建立
        4.1.2 有限元模型建立
        4.1.3 位姿误差求解
    4.2 支承系统准静态误差模型
        4.2.1 滚动导轨副支承件位姿误差变换
        4.2.2 结构变形支承件位姿误差变换
        4.2.3 支承系统准静态误差模型建立
    4.3 支承系统准静态误差模型求解与分析
        4.3.1 滚动导轨副支承件位姿误差计算
        4.3.2 结构变形支承件位姿误差计算
        4.3.3 支承系统准静态误差分析
    4.4 本章小结
5 机床支承系统精度分析工具集模块开发与应用
    5.1 目的与原则
        5.1.1 目的
        5.1.2 原则
    5.2 开发环境与体系
        5.2.1 开发环境
        5.2.2 体系结构
    5.3 工具集框架与流程
        5.3.1 技术框架
        5.3.2 技术流程
    5.4 模块功能与实现方式
        5.4.1 模块功能
        5.4.2 实现方式
    5.5 应用验证
    5.6 本章小结
结论
参考文献
附录A 床身导轨安装基准面的位姿误差求解程序
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于几何误差不确定性的滚动导轨运动误差研究[J]. 马雅丽,李阳阳.  机械工程学报. 2019(05)
[2]考虑预紧力和接触角变化的直线滚动导轨副刚度建模与分析[J]. 张巍,王民,孙乐乐.  北京工业大学学报. 2018(01)
[3]滚动直线导轨固有特性分析[J]. 马雅丽,宁昰超,钱峰.  华中科技大学学报(自然科学版). 2016(09)
[4]导轨平行度误差对工作台运动误差影响的建模与分析[J]. 何改云,王凯,郭龙真,丁伯慧.  机械科学与技术. 2015(11)
[5]随机与区间不确定下基于近似灵敏度的序列多学科可靠性设计优化[J]. 刘成武,李连升,钱林方.  机械工程学报. 2015(21)
[6]基于蒙特卡洛模拟与响应面方法的公差建模[J]. 余治民,刘子建,董思科,李斯明,艾彦迪.  中国机械工程. 2015(04)
[7]一种考虑相关性的概率--区间混合不确定模型及结构可靠性分析[J]. 姜潮,郑静,韩旭,张庆飞.  力学学报. 2014(04)
[8]直线滚动导轨的Hertz接触建模及接触刚度的理论求解[J]. 孙伟,孔祥希,汪博,闻邦椿.  工程力学. 2013(07)
[9]基于简化Jones-Harris方法的球轴承接触角研究[J]. 张学宁,韩勤锴,褚福磊.  振动与冲击. 2013(13)
[10]基于状态空间模型的精密机床装配精度预测与调整工艺[J]. 洪军,郭俊康,刘志刚,武晓攀.  机械工程学报. 2013(06)

博士论文
[1]机床静态精度的机构模型与结构工艺性研究[D]. 孙永平.大连理工大学 2015

硕士论文
[1]机床支承件精度稳健性公差优化设计[D]. 刘子哲.大连理工大学 2018
[2]机床支承系统的误差不确定性研究[D]. 李阳阳.大连理工大学 2017
[3]形位误差对角接触球轴承动态特性的影响规律研究[D]. 周阳.湖南大学 2015
[4]直线滚动导轨预加载荷的应用研究[D]. 高飞.江南大学 2007



本文编号：3144221