機床關鍵幾何誤差元素辨識及其公差設計方法*

樊 嘉，鄭華林，何 勇，米 良，胡 騰

（1.西南石油大學，成都 610500；2.石油天然氣裝備技術四川省科技資源共享服務平臺，成都 610500；3.中國石油集團川慶鉆探培訓中心，成都 610213；4.中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，綿陽 621900）

數控機床作為“工業母機”，其加工精度已成為最重要的產品質量指標之一[1]。已有研究表明[2-3]，在幾何誤差、伺服誤差、熱誤差和刀具磨損等眾多因素中，幾何所致空間誤差是影響加工精度最直接的因素之一。目前，研究揭示加工精度與機床幾何誤差元素之間的復雜映射關系，探索機床關鍵幾何誤差元素辨識及其公差設計方法已成為數控機床精度分析領域的熱點問題，其解決對于實現加工精度“硬補償”具有較顯著的理論及工程技術支撐作用。

現階段，國內外諸多學者針對關鍵幾何誤差元素辨識進行了較深入的研究。Cheng等[4]提出了一種基于螺旋理論和Morris法的全局靈敏度分析方法，最終識別出對空間誤差影響較大的關鍵幾何誤差元素。張根保等[5]利用多體系統理論建立了機床的空間誤差模型，通過計算并比較各幾何誤差元素的影響因子，識別出影響機床空間誤差的關鍵幾何誤差元素。唐宇航等[6]提出了一種基于蒙特卡洛模擬的靈敏度分析方法，在建立加工中心誤差生成模型和S試件數學模型的基礎上對其進行全局靈敏度分析，最終獲得對S試件z向加工誤差影響最大的5項誤差元素。黃克[7]在幾何誤差模型的基礎上定性分析了幾何誤差元素對NAS979圓錐臺試件和S試件加工精度的影響程度。……