精密機床緊固結合面誤差建模及其精度變動特性研究*

孫椰望，楊秋娟，曹 也，劉玉柱，宋于鵬，馬西超

（1.北京理工大學，北京100081；2.中國科學院理化技術研究所，北京100190；3.北京北特圣迪科技發展有限公司，北京100029）

隨著精密加工技術要求的日益增強，精密機床近年來得到了快速發展。影響機械系統精度的主要因素包括加工過程中形成的零件尺寸誤差、形位誤差等加工誤差，裝配過程中由于裝配方法、定位對準方法、裝配結合力、重力撓性力矩等引起裝配零部件位置、尺寸及形狀變化而形成的裝配誤差等[1–3]。但是，精密機械系統精度的準確性和穩定性的分析預測與傳統機械精度設備不同，特別是微米級精度變動量已經與加工部件的幾何公差相近，甚至裝備的系統精度指標已經高于傳統機械加工部件的幾何誤差量[4–7]。因此，關鍵部件結合部幾何誤差特征的實體建模已經成為精度預測和評價的關鍵共性技術。特別是傳統的接觸部位特征近似等效建模很難真實反映精密部件的非均勻誤差分布和非線性形位變動的真實特性[8–10]。

為反映真實的誤差特征，針對精密立式加工中心，提出基于誤差點采樣、NURBS 擬合和CAD曲面建模耦合的曲面幾何誤差特征建模方法，建立機床關鍵部件的結合面誤差特征模型，深入分析幾何面誤差特征對機床精度變動的影響。

結合面特征誤差建模機理

精密機械系統的零部件由于加工精度的原因必然存在結構幾何特征誤差。因此，如何高效地實現精密機械系統的精度評價必須基于誤差特征的可靠建模方法，特別是基于原始特征誤差的直接離散化誤差點建模必將會更加有效地評價固有誤差特征機械系統的真實精度變動特性。……