[发明专利]一种机床直线轴的垂直直线度与角度误差预测建模方法

权利要求书

1.一种机床直线轴的垂直直线度与角度误差预测建模方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1基于机床导轨制造误差的不确定性分析，建立以机床导轨制造误差为振幅的绝对值正弦函数方程，绝对值正弦函数方程为一阶傅里叶级数，该绝对值正弦函数方程用以描述机床导轨的制造表面曲线：

S2基于有限元仿真；揭示机床导轨群组螺栓特定装配次序下的预紧力分布规律，并展开螺纹扭矩系数η的不确定分析；

S3以机床导轨装配基准面为研究对象，提出一种超静定梁的力学模型；解析机床导轨装配基准面在所有零部件的重力G与群组螺栓预紧的共同作用下受到的均布载荷q，装配螺纹处的预紧力F_bi，筋板的未知支撑力F_sk下的超静定力学方程，分析并获取基准面的装配变形曲线解析式；

S4考虑制造与装配两个阶段变形方程的空间叠加效应，建立准确的机床导轨空间轮廓曲线方程；根据轮廓曲线方程与直线度误差、角度误差的几何变换关系，计算并预测机床的几何误差相关参数。

2.根据权利要求1所述的一种机床直线轴的垂直直线度与角度误差预测建模方法，其特征在于，所述S1具体包括以下步骤：

机床导轨制造误差设计参数Me，Me的大小由制造误差的上偏差a、下偏差b决定，描述为合格生产的机床导轨制造误差参数Me服从正态分布；制造误差的均值μ_g、标准差σ_g及概率密度函数表示为：

通过正太抽样法获得多组机床导轨制造误差的初始数据；数据Me的概率P_g需满足公式(3)；通过计算满足P_g≥0.9973的3组数据的均值，获得满足生产要求的机床导轨制造误差数据；

由此，建立以制造误差为振幅的绝对值正弦函数方程，以描述机床导轨制造表面曲线f_Msc：

其中，f_Msc为导轨制造表面的微观曲线形貌，λ表示为误差波长，L_wp为直线轴滑台的长度，z_j为滑台行程位移，L_wp/λ＝0.25。

3.根据权利要求1所述的一种机床直线轴的垂直直线度与角度误差预测建模方法，其特征在于，所述S2具体包括以下步骤：

通过扭矩扳手对一组法向螺栓施加预紧力，将导轨装配在机床直线轴；借助Workbench2022 R1软件平台，通过以下步骤进行导轨装配预紧力分布规律研究：

S2.1创建模型；基于Creo3.0建立导轨-群组螺栓-基准面的3D装配模型；将模型导入workbench2021R1软件中，设定各个零件的材料属性；

S2.2定义接触；将导轨-基准面的定义为摩擦接触，摩擦系数为0.2；其余接触表面定义为固定连接；

S2.3施加载荷；根据螺栓数目m，定义m个分析步；按照螺栓由中间向两边的装配次序，依此施加螺栓设计强度以内的预紧力；

S2.4分析结果；获得每个分析步的螺栓变形量与压强的平均值；分析特定装配次序影响下的螺栓预紧力变化规律；

分析得到在此装配次序下，螺栓变形量与压强的平均值随着分析步而增加，这表示后序拧紧的螺栓会削弱前装配拧紧螺栓的预紧力；在导轨安装基准面的法向上，螺栓预紧力呈现出由中间向两边逐渐增大的变化趋势。