一種精密機床滾動直線導軌安裝面直線度的設計方法
【專利摘要】一種精密機床滾動直線導軌安裝面直線度的設計方法，首先用基于模態(tài)基函數(shù)的方法表達了裝配特征面的形狀誤差；在給定直線度公差內(nèi)生成了隨機誤差樣本。然后利用ANSYS有限元軟件，根據(jù)生成的隨機誤差建立基于有限元的形狀誤差傳遞模型，通過有限元分析得到滾動直線導軌的裝配誤差；采用蒙特卡洛法，將給定公差帶內(nèi)生成的全部隨機誤差輸入到有限元誤差傳遞模型進行計算，得到導軌裝配完成后的直線度公差，建立導軌裝配公差分析模型。最后，基于導軌裝配公差分析模型，利用循環(huán)搜索的思想實現(xiàn)滾動導軌安裝面直線度設計。本發(fā)明可以降低對經(jīng)驗的依賴，為導軌安裝面直線度設計提供可靠的理論指導，能夠縮短產(chǎn)品開發(fā)時間，減低成本，提高經(jīng)濟效益。
【專利說明】一種精密機床滾動直線導軌安裝面直線度的設計方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于公差設計領域，具體涉及一種精密機床滾動直線導軌安裝面直線度的 設計方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 機床導軌裝配精度直接影響機床進給系統(tǒng)精度，進而影響機床整機精度性能，而 導軌的裝配精度主要受導軌安裝面直線度影響。如何合理的設計安裝面直線度來保證導軌 裝配精度是一個重要命題。在精密機床滾動直線導軌安裝面直線度的設計中，設計人員主 要依靠設計手冊和以往的設計經(jīng)驗，在新產(chǎn)品開發(fā)中不得不采用樣機試制的方法，在樣機 試制過程中不斷的修改初始的設計公差值，以滿足精度和加工性要求，這樣導致設計周期 增長，設計成本提高等問題。
[0003] 精密機床導軌裝配中形狀誤差對裝配精度的影響不容忽視，為了引入形狀誤差對 裝配精度的影響，首先需要實現(xiàn)對產(chǎn)品幾何誤差的全面表達。傳統(tǒng)的尺寸鏈的方法和小位 移旋量法都無法表達裝配特征面的形狀誤差，公差分析的方法一般有三種：極值法、統(tǒng)計法 和蒙特卡洛法。極值法需要考慮裝配過程中最糟糕的情況，這將會造成對零件的精度要求 非?？量?，對于機床這種末端精度要求比較高的精密機械系統(tǒng)不適用。統(tǒng)計法是通過零件 誤差的統(tǒng)計學參數(shù)得到裝配誤差的統(tǒng)計學參數(shù)，從而預測裝配公差。統(tǒng)計法一般要求零件 誤差與裝配誤差存在線性關(guān)系。蒙特卡洛法需要列舉大量的誤差狀態(tài)，對于每一次誤差狀 態(tài)計算得到裝配誤差，從多次計算的裝配誤差結(jié)果預測裝配公差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠縮短產(chǎn)品開發(fā)時間的精密機床滾動直線導軌安 裝面直線度的設計方法。
[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟：
[0006] 1)根據(jù)導軌尺寸得到理想裝配特征面的模態(tài)基函數(shù)Y ;根據(jù)導軌的形狀誤差與模 態(tài)基函數(shù)的映射關(guān)系得到導軌模態(tài)系數(shù)均值μ。；且導軌模態(tài)系數(shù)均值μ。采用下式得到：
[0007] μ。= (YTY) μ Ε ;其中，μ Ε為理想導軌的測量值；
[0008] 同時，根據(jù)導軌安裝面的形狀誤差與模態(tài)基函數(shù)的映射關(guān)系得到導軌安裝面的模 態(tài)系數(shù)均值μ。，，且導軌安裝面的模態(tài)系數(shù)μ。，均值采用下式得到：μ。，= (ΥΤΥΓΥΤμ Ε'，其 中，μ Ε，為名義導軌安裝面的測量值；
[0009] 2)采用循環(huán)搜索的方式確定導軌裝配后的直線度公差，包括如下步驟
[0010] 2. 1)分別給定導軌安裝面直線度的初始值?\ (m)和導軌的直線度Τ，并令Κ = 1， m = 1，且m為循環(huán)次數(shù)；
[0011] 2. 2)根據(jù)導軌的直線度T得到導軌的模態(tài)系數(shù)協(xié)方差c〇V(c);且導軌模態(tài)系數(shù)協(xié) 方差c〇V(c)的表達式為：c〇v(c) = f (FTF)4;然后利用導軌模態(tài)系數(shù)均值μ。和導軌模態(tài) 16 系數(shù)協(xié)方差C〇V(C)按照正態(tài)分布規(guī)律生成導軌隨機模態(tài)系數(shù)；最后，利用導軌隨機模態(tài)系 數(shù)生成導軌隨機誤差E ;導軌隨機誤差E的表達式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種精密機床滾動直線導軌安裝面直線度的設計方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 根據(jù)導軌尺寸得到理想裝配特征面的模態(tài)基函數(shù)Y ;根據(jù)導軌的形狀誤差與模態(tài)基 函數(shù)的映射關(guān)系得到導軌模態(tài)系數(shù)均值μ。；且導軌模態(tài)系數(shù)均值μ。采用下式得到： μ。= (γτγΓιγτμ ε ;其中，μ ε為理想導軌的測量值； 同時，根據(jù)導軌安裝面的形狀誤差與模態(tài)基函數(shù)的映射關(guān)系得到導軌安裝面的模態(tài)系 數(shù)均值μ。，，且導軌安裝面的模態(tài)系數(shù)μ。，均值采用下式得到：μ。，= ，，其中， μ E，為名義導軌安裝面的測量值； 2) 采用循環(huán)搜索的方式確定導軌裝配后的直線度公差，包括如下步驟 2. 1)分別給定導軌安裝面直線度的初始值(m)和導軌的直線度T，并令K = 1，m = 1,且m為循環(huán)次數(shù)； 2. 2)根據(jù)導軌的直線度T得到導軌的模態(tài)系數(shù)協(xié)方差c〇V(c);且導軌模態(tài)系數(shù)協(xié)方差 c〇v(c)的表達式為：c〇v(t:) = f Wr1;然后利用導軌模態(tài)系數(shù)均值μ。和導軌模態(tài)系數(shù) 16 協(xié)方差C〇V(C)按照正態(tài)分布規(guī)律生成導軌隨機模態(tài)系數(shù)；最后，利用導軌隨機模態(tài)系數(shù)生 成導軌隨機誤差E ;導軌隨機誤差E的表達式為
/ = R ;其中，Yi為第i階模態(tài)基 函數(shù)，Ci為第i階導軌的模態(tài)系數(shù)，c為導軌的模態(tài)系數(shù)； 2.3) 根據(jù)Km)得到導軌安裝面的模態(tài)系數(shù)協(xié)方差c〇V(c'）；且導軌安裝面的模態(tài)系 數(shù)協(xié)方差cov (c'）的表達式為：C〇v(c') = 1 ΚΓ1;然后利用導軌安裝面的模態(tài)系數(shù) 16 均值μ。，和導軌安裝面的模態(tài)系數(shù)協(xié)方差c〇v(c'）按照正態(tài)分布規(guī)律生成導軌安裝面的隨 機模態(tài)系數(shù)；最后，利用隨機模態(tài)系數(shù)生成導軌安裝面的隨機誤差Ε' ；導軌安裝面的隨機 η 誤差E'的表達式為：^ = Σ<飛 = Fc';其中，c'i為第i階導軌安裝面的模態(tài)系數(shù)，C'為 /=1 導軌安裝面的模態(tài)系數(shù)； 2.4) 在ANSYS有限元軟件中輸入導軌隨機誤差E和導軌安裝面的隨機誤差E'建立具 有誤差的幾何模型；然后利用具有誤差的幾何模型在ANSYS有限元軟件中建立基于有限元 的形狀誤差傳遞模型； 2. 5)給定導軌裝配后直線度的置信概率，采用蒙特卡洛法將給定公差帶內(nèi)生成的導軌 隨機誤差E和導軌安裝面的隨機誤差E'輸入到基于有限元的形狀誤差傳遞模中進行仿真， 得到導軌裝配直線度公差； 2. 6)將仿真得到導軌裝配直線度公差與給定的裝配直線度公差要求進行比較，若仿真 得到的導軌裝配直線度公差小于等于給定的裝配直線度公差，則導軌安裝面直線度的設計 值Td = ?^Οιι)，令K = 2, m = m+Ι，放大導軌安裝面的直線度到?^Οιι)，返回步驟2. 3);若仿 真得到的導軌裝配直線度公差大于給定的裝配直線度公差，則判斷K是否等于2 ; 若K尹2,則m = m+Ι，減小導軌裝配后的直線度公差到?^Οιι),并返回步驟2. 3); 若K = 2,則輸出導軌安裝面直線度的設計值Td。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密機床滾動直線導軌安裝面直線度的設計方法，其特征在 于：所述的步驟1)中模態(tài)基函數(shù)Y是利用ANSYS有限元軟件得到的。
【文檔編號】G06F17/50GK104102774SQ201410322753
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】劉志剛, 洪軍, 武曉攀, 郭俊康, 李逸群 申請人:西安交通大學