[发明专利]一种精密机床滚动直线导轨安装面直线度的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于公差设计领域，具体涉及一种精密机床滚动直线导轨安装面直线度的设计方法。

背景技术

机床导轨装配精度直接影响机床进给系统精度，进而影响机床整机精度性能，而导轨的装配精度主要受导轨安装面直线度影响。如何合理的设计安装面直线度来保证导轨装配精度是一个重要命题。在精密机床滚动直线导轨安装面直线度的设计中，设计人员主要依靠设计手册和以往的设计经验，在新产品开发中不得不采用样机试制的方法，在样机试制过程中不断的修改初始的设计公差值，以满足精度和加工性要求，这样导致设计周期增长，设计成本提高等问题。

精密机床导轨装配中形状误差对装配精度的影响不容忽视，为了引入形状误差对装配精度的影响，首先需要实现对产品几何误差的全面表达。传统的尺寸链的方法和小位移旋量法都无法表达装配特征面的形状误差，公差分析的方法一般有三种：极值法、统计法和蒙特卡洛法。极值法需要考虑装配过程中最糟糕的情况，这将会造成对零件的精度要求非常苛刻，对于机床这种末端精度要求比较高的精密机械系统不适用。统计法是通过零件误差的统计学参数得到装配误差的统计学参数，从而预测装配公差。统计法一般要求零件误差与装配误差存在线性关系。蒙特卡洛法需要列举大量的误差状态，对于每一次误差状态计算得到装配误差，从多次计算的装配误差结果预测装配公差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够缩短产品开发时间的精密机床滚动直线导轨安装面直线度的设计方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1)根据导轨尺寸得到理想装配特征面的模态基函数Y；根据导轨的形状误差与模态基函数的映射关系得到导轨模态系数均值μ_c；且导轨模态系数均值μ_c采用下式得到：

μ_c＝(Y^TY)^-1Y^Tμ_E；其中，μ_E为理想导轨的测量值；

同时，根据导轨安装面的形状误差与模态基函数的映射关系得到导轨安装面的模态系数均值μ_c'，且导轨安装面的模态系数μ_c'均值采用下式得到：μ_c'＝(Y^TY)^-1Y^Tμ_E'，其中，μ_E'为名义导轨安装面的测量值；

2)采用循环搜索的方式确定导轨装配后的直线度公差，包括如下步骤

2.1)分别给定导轨安装面直线度的初始值T₁(m)和导轨的直线度T，并令K＝1，m＝1，且m为循环次数；

2.2)根据导轨的直线度T得到导轨的模态系数协方差cov(c)；且导轨模态系数协方差cov(c)的表达式为：然后利用导轨模态系数均值μ_c和导轨模态系数协方差cov(c)按照正态分布规律生成导轨随机模态系数；最后，利用导轨随机模态系数生成导轨随机误差E；导轨随机误差E的表达式为：其中，Y_i为第i阶模态基函数，c_i为第i阶导轨的模态系数，c为导轨的模态系数；

2.3)根据T₁(m)得到导轨安装面的模态系数协方差cov(c')；且导轨安装面的模态系数协方差cov(c')的表达式为：然后利用导轨安装面的模态系数均值μ_c'和导轨安装面的模态系数协方差cov(c')按照正态分布规律生成导轨安装面的随机模态系数；最后，利用随机模态系数生成导轨安装面的随机误差E'；导轨安装面的随机误差E'的表达式为：其中，c'_i为第i阶导轨安装面的模态系数，c'为导轨安装面的模态系数；

2.4)在ANSYS有限元软件中输入导轨随机误差E和导轨安装面的随机误差E'建立具有误差的几何模型；然后利用具有误差的几何模型在ANSYS有限元软件中建立基于有限元的形状误差传递模型；

2.5)给定导轨装配后直线度的置信概率，采用蒙特卡洛法将给定公差带内生成的导轨随机误差E和导轨安装面的随机误差E'输入到基于有限元的形状误差传递模中进行仿真，得到导轨装配直线度公差；