本文(wén)章描述三轴数控端面磨床几何精度分(fēn)析方法

机床的几何误差是影响机床误差的25％～35％高比重的因素之一，因此，对几何精度的分(fēn)析与优化是提高机床精度的重要研究途径。传统精度设计是根据经验分(fēn)配机床各零部件的公差等级，但是由于各零部件对机床实际加工精度影响的大小(xiǎo)不同，对其各部分(fēn)的精度控制的能(néng)力难易也有(yǒu)差异，所以传统的靠经验设计方法已经无法准确解决技术上的难题和有(yǒu)所突破。因此，要想提高机床精度，就要建立新(xīn)的研究分(fēn)析方法，准确分(fēn)析几何精度的影响因素，同时精准分(fēn)配到三轴数控端面磨床各零部件上。

1.数控端面磨床结构及其拓扑分(fēn)析

三轴数控端面磨床主要包括以下功能(néng)部件：前后床身、工作台、立柱、主轴箱、主轴和砂轮，具體(tǐ)结构如图1所示。其中工作台沿床身ｘ向导轨作横向运动，立柱沿床身_ｙ向导轨作纵向运动，主轴箱沿立柱ｚ向导轨作垂向运动，主轴及砂轮固定在主轴箱上。拓扑结构描述多(duō)體(tǐ)系统各體(tǐ)之间的连接关系，磨床即是一个典型的多(duō)體(tǐ)系统，為(wèi)便于误差建模，对其进行拓扑分(fēn)析，磨床拓扑结构及低序體(tǐ)阵列分(fēn)别如图２及表１所示。其中Ｌ^０（Ｋ）等為(wèi)低序體(tǐ)算子。

2.三轴数控平面磨床几何误差分(fēn)析

机床几何误差是指由组成机床各零部件的几何形状、表面质量及相互之间的位置误差等制造和装配因素所导致的机床误差。对于三轴数控端面磨床，当三平动进给轴Ｘ，Ｙ，Ｚ运动时，将分(fēn)别产生６项几何误差。以Ｘ进给轴為(wèi)例，当工作台沿ｘ向导轨运动时，将产生３项線(xiàn)性误差：定位误差_δｘｘ，两直線(xiàn)度误差_δｙｘ与_δｚｘ，以及３项角误差：滚转角误差εｘｘ，俯仰角误差εｙｘ与偏摆角误差εｚｘ，如图3（a）所示。另外，Ｙ进给轴相对于Ｘ进给轴存在垂直度误差Ｓｘｙ，Ｚ进给轴相对于Ｘ和Ｙ进给轴分(fēn)别存在垂直度误差Ｓｘｚ和Ｓｙｚ，如图3（b）所示。

综合可(kě)知，三轴数控端面磨床共有(yǒu)21项几何误差，表２详细列出了磨床各项几何误差的几何意义及其表达式。為(wèi)便于區(qū)分(fēn)，对于除三项垂直度误差以外的18项误差，其误差符号下标定义如下：第一个下标表示误差方向，第二个下标表示运动方向。

本文(wén)结合关键几何误差因素分(fēn)析与识别方法和基于稳健设计理(lǐ)论的精度分(fēn)配方法，对三轴数控端面磨床几何精度进行分(fēn)析和设计。為(wèi)有(yǒu)效识别影响磨床加工精度的关键几何误差因素，首先基于多(duō)體(tǐ)系统理(lǐ)论，建立三轴数控端面磨床的几何误差传递模型；然后采用(yòng)正交试验设计和参数试验的试验设计方法分(fēn)析识别关键几何误差因素；最后，建立关键几何误差因素的公差稳健设计的成本——质量模型，从而对其公差进行稳健设计。

相关推荐：切削液与内圆磨床热特性之间的影响关系分(fēn)析      数控双端面磨床加工精度的影响因素