[发明专利]一种精密机床进给系统部件刚度的匹配方法

说明书

一种精密机床进给系统部件刚度的匹配方法，包括：建立整机误差模型：定义机床特征及所述特征坐标系，定义机床特征误差，定义微分矢量误差传递矩阵，根据微分矢量法建立整机误差模型；建立整机刚度模型：定义机床各部件刚度系数，进行受力分析，建立整机刚度模型；基于DOE的方法进行刚度灵敏度分析：确定各部件刚度范围，数值化整机刚度模型，进行刚度的灵敏度分析；执行多目标线性规划完成刚度匹配。本发明可实现进给系统刚度的理论化设计，提高设计效率、避免成本浪费，极大提高机床性能与加工质量，弥补我国机床进给系统设计理论的空白。本发明真正在理论上实现了机床刚度正向设计，降低了以往凭经验设计的刚度不足与刚度过剩的机率，提高了设计的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种精密机床进给系统。特别是涉及一种精密机床进给系统部件刚度的匹配方法。

背景技术

数控机床是制造业的基础，数控机床的发展直接影响了国家制造业的发展水平。进给系统作为数控机床中的重要组成部分，是保证工件与刀尖具有正确相对位置的关键，直接影响着机床工作性能。随着加工要求向着高速化、精密化发展，进给系统刚度的影响日益深刻，然而国内机床行业对进给系统刚度的正向设计机理尚不明确。

机床的结构件刚度设计中，多采用通过建立三维模型，然后进行有限元仿真的方法进行设计验证，设计手段比较成熟；然而进给系统的刚度设计却没有明确的设计理论作支撑，多依赖于过去的设计经验，通过采取大的安全系数保证足够刚度，常引起部分功能部件刚度过饱和，增加机床成本，还可能导致机床的动态性能变差，系统响应性变慢。因此，提出一种针对机床进给系统刚度匹配方法极为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高机床设计效率、避免成本浪费，极大提高机床性能与加工质量的精密机床进给系统部件刚度的匹配方法。

本发明所采用的技术方案是：一种精密机床进给系统部件刚度的匹配方法，包括如下步骤：

1)建立整机误差模型，包括

(1.1)定义机床特征及所述特征坐标系；

(1.2)定义机床特征误差；

(1.3)定义微分矢量误差传递矩阵；

(1.4)根据微分矢量法建立整机误差模型；

2)建立整机刚度模型，包括：

(2.1)定义机床各部件刚度系数；

(2.2)进行受力分析；

(2.3)建立整机刚度模型；

3)基于DOE的方法进行刚度灵敏度分析，包括：

(3.1)确定各部件刚度范围；

(3.2)数值化整机刚度模型；

(3.3)进行刚度的灵敏度分析；

4)执行多目标线性规划完成刚度匹配。

步骤1)中所述的机床特征是指机床各部件结合面；所述的机床特征误差是指由于各部件变形引起结合面的位姿误差；所述的微分矢量误差传递矩阵是指各特征坐标系间的旋转矩阵和平移矩阵。

步骤1)中所述的整机误差模型，是通过微分矢量法建立的关于整机X、Y、Z三向误差与各特征误差之间关系的模型；

步骤2)中所述的机床各部件刚度系数的大小是机床各部件受力与变形的数值比，各部件刚度系数位于各部件的结合面上。

步骤2)中所述的整机刚度模型是将各部件变形公式代入到整机误差模型中，定义X、Y、Z三向切削力为单位力，即得到关于各部件刚度系数的倒数与整机三向刚度倒数的关系式构成整机静刚度模型。