设计与研究Ｄｅｓｉｇｎａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ 制造误差对于直驱数控转台精度的影响术 刘 江方鹏程 （北京科技大学机械Ｓ－程学院，北京１０００８３） 摘要：采用精度建模理论对转台误差建模，得到精度分配模型；用转台制造误差近似表示典型体误差。利 用Ｍａｔｌａｂ计算，在制造误差变化时转台精度的变化，做出曲线图，观察制造误差和直驱数控转台精 度的关系；要求是制造成本最低和满足工作精度。从而对转台零部件进行精度分配。 关键词：直驱数控转台；制造误差；精度建模；精度分配 中图分类号：ＴＨ１２２ 文献标识码：Ｂ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｅｒｒｏｒ ｉｎ ｄｉｒｅｃｔ ｄｒｉｖｅ ＮＣ ｒｏｔａｒｙ ｔａｂｌｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ＬＩＵ Ｊｉａｎｇ，ＦＡＮＧ Ｐｅｎｇｃｈｅｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，ＣＨＮ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｂｙ ｒｏｔａｒｙ ｔａｂｌｅ ｅｒｒｏｒ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ａｃｅｕ— ｒａｃｙ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｓ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｂｏｄｙ ｅｒｒｏｒ ｆｒｏｍ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｅｒｒｏｒ．Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｔａ— ｒｙ ｔａｂｌｅ ａｃｃｕｒａｃｉｅｓ ｗｈｅｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｅｒｒｏｒ ｃｈａｎｇｅｓ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｇｒａｐｈｅｄ ｂｙ Ｍａｔｌａｂ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅ— ｌａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｅｒｒｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ ｄｒｉｖｅ ＮＣ ｒｏｔａｒｙ ｔａｂｌｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｎｓ ｉｎ ｒｏｔａｒｙ ｔａｂｌｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｒｅ ａｓｓｉｇｎｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｒｅｃｔ ｄｒｉｖｅ ＮＣ ｒｏｔａｒｙ ｔａｂｌｅ；ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｅｎ＇ｏｒ；ａｃｃｕｒａｃｙ ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ａｃｃｕｒａｃｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ 采用直驱技术制造回转功能部件目前已经成为国 际机床产业的发展趋势 Ｊ，直驱功能部件包括直驱式 转台、摆角铣头等。直驱技术具有高转速、大转矩、高 造成本最低和满足工作精度，从而对转台零部件进行 精度分配。 精度（配有编码器）、无磨损、无间隙、受力状态优良， 没有点接触和线接触受力环节等优势。直接驱动可以 １转台成型系统空间误差模型 １．１系统拓扑结构 实现系统较好的静态和动态刚度，有利于提高系统的 频带和反应速度。 在设计直驱数控转台的过程中，如果对于转台各 转台模型如图１所示，电动机转子和编码器内圈 都与主轴固定，主轴、刹车盘和工作台通过两组交错螺 栓固定；编码器外圈通过连接板和上下箱体固定，电动 零件加工的误差要求过高，会造成成本急剧增大，但转 台精度变化不大；如果转台各零件制造误差过低，转台 机定子通过连接板与上箱体固定；以上两部分通过一 个转台轴承建立连接。所以工作台相对于上箱体的转 动是由直驱电动机驱动，而影响到转台最终工作精度 的零件只有轴承、上箱体、编码器和工作台。 轴承外圈与回转导轨固定方视为一体，统称为轴 承外圈；轴承内圈与回转导轨转动方视为一体，统称为 轴承内圈；工作台与主轴固定视为一体，称为工作台。 因此转台拓扑结构如图２所示，其中０为上箱体、１为 轴承外圈，２为轴承内圈，３是工作台。这里０—１同 定，１—２仅有Ｃ轴的转动没有被限制，２—３同定。 精度又达不到要求。所以如何选取合适的转台关键部 件的制造误差，是一个比较有意义的课题。 直驱数控转台是一种典型的多体系统，传统研究 方法已显现出很大局限性，如需要严格的假设条件，造 成分析计算结果与客观设计相差很远 。采用精度 建模理论对转台误差建模，得到用于精度分配的模型， 用转台制造误差近似表示典型体误差 。利用Ｍａｔｌａｂ 计算在制造误差变化时，转台精度变化，做出曲线图， 观察制造误差和直驱数控转台精度的关系，要求是制 广东省教育部产学研结合项目资金资助（２０１１Ａ０９０２００００７） 下箱体与编码器连接板配合的表面中心作为基体 ・ ５４ ・ 睁 ＺＵ錾 ｌ０ ０ｕ ＩＮｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａ『ｃｈ设计与研究 坐标系，上箱体固定导轨表面中心作为轴承内圈和外 １．２转台成型系统空间误差模型 圈坐标系，工作台坐标系放置在工作台回转导轨表面 中心，如图１所示。 转台轴承 工作台 刹车部分 设Ｐ ＝［Ｐ ，Ｐ…Ｐ １ ｒ为工作台内任意一点Ｋ 在工作台坐标系上的坐标值，则Ｋ点在理想状态下， 在基体坐标系中的理想坐标位置Ｐ 为 Ｉ６ ： Ｐ ｉｄｅａｌ＝７＇ｏ１Ｐ‘ １ｓ・Ｔ１２Ｐ・Ｔ１２ｓ・ ３Ｐ・ ３ｓ （１） 在实际情况下，Ｋ点在基体坐标系中的实际坐标 位置Ｐ ，为： Ｐ ＝ １Ｐ‘Ａ １Ｐ。 １ｓ・Ａ７＂ｏ１ｓ・Ｔ１２Ｐ・△ １２Ｐ・ ２ｓ・△ １２ｓ 下箱 图１转台模型 图２直驱转台的拓扑结构 任意两相邻体固定联接（或处于相对静止状态 下），会在６个自由度方向产生的误差，称静止误差； 而在处于相对运动状态时也会在６个自由度方向因运 动产生的误差，称运动误差 。各体之间的数学表达 关系如表１所示。 相对于基体坐标系，轴承外圈坐标系分别沿 、Ｙ、ｚ 的静止位移 １ｄ＝０、Ｙ１ｄ＝０、 １ｄ＝２５２．５ ｍｍ，分别沿 、 、ｚ的静止位移误差 ｌｄ、△ｙｌｄ、 ，ｄ，分别绕着 、ｙ、 的静止角度误差△ △ Ａｙ ；相对轴承外圈坐标 系，轴承内圈坐标系分别沿着 、Ｙ、 的静止位移误差 …△ｙ… 。，分别绕着 、Ｙ方向的静止角度误差 △ △卢 ，绕着 方向的运动角度Ｃ，分别沿 、Ｙ、 的 运动位移误差 。、△ｙ。、 ，分别绕着 、ｙ，Ｚ的运动角 度误差△ 、△口 、Ａｙ ；相对于轴承内圈坐标系，工作台 坐标系分别沿 、ｙ，Ｚ的静止位移 ， ＝０、Ｙ。 ＝０、 ＝ ４２．５ｍｍ，分别沿 、ｙ、 的静止位移误差 △ｙ ｄ、 ，分别绕着 、ｙ、ｚ的静止角度误差△ 。 、 △ Ａｙ３ｄ。 ＺＵ １ ０年帚 朋１簪Ｕ 。 ， 。△ 。 ・ ｓ・△ 。 （２） 则Ｋ点在基体坐标系中，实际坐标系位置与理想 坐标系位置的系统空间误差模型Ｅ 为 ＥＰ＝Ｐ ｌ—Ｐ ＝（ｅｐ ｅｐｙ ０） （３） ２零件误差与转台精度的关系 ２．１ 典型体误差和转台精度的关系 】 将０—１与２—３的静止位移的值代人式（３）中， 工作台上点Ｋ在基体坐标系上查看，在 方向的误差， 略去高阶无穷小量，如式（４）所示： ｅｐｘ＝ｓｉｎ２Ｃ‘（ｚＸｙ ＋Ａｙ３ｄ＋ｚＸｙ１ｄ）。３００一Ａｘ１ｄ —ｃｏｓＣ。（Ａｘ３ｄ＋△ ‘８２．５＋△ ＋△ｐ３ｄ‘４０） ＋ｓｉｎＣ・（Ａｙ３ｄ一△ ・８２．５一△ ３ｄ・４０＋Ａｙ ） 一（△卢 ＋△ １ｄ）・８２．５ （４） 工作台上点Ｋ在基体坐标系上查看，在Ｙ方向的 误差，略去高阶无穷小量，如式（５）所示： ｅ。 ＝一ｃｏｓ２Ｃ‘（Ａｙ ＋Ａｙ３ｄ＋Ａｙ１ｄ）‘３００ 一ｓｉｎＣ・（△ ３ｄ＋△ ・８２．５＋Ａｘ ＋△ ３ｄ・４０） 一ｃｏｓＣ・（Ａｙ３ｄ一△ ・８２．５＋Ａｙ 一△ ３ｄ・４０） ＋（△ ＋△ １ｄ）‘８２．５一Ａｙ１ｄ （５） 工作台上点Ｋ在基体坐标系上查看，在ｚ方向的 误差，如式（６）所示： ｅ ＝３００・（△卢 ｄ＋△ ）・ＣＯＳ（２・Ｃ） 一（△ ｌｄ＋△ ）・３００・ｓｉｎ（２・Ｃ） ＋（△卢 ＋△卢３ｄ）‘３００‘ｃｏｓＣ—Ａｚ１ｄ 一（△ ＋△ ３ｄ）・３００－ｓｉｎＣ一（△ｚ３ｄ＋△ｚ。） （６） 由式（４）和式（５），可以得出工作台上点Ｋ在基 体坐标系上的径向误差式（７）及角度定位误差式 （８）： Ａｒ＝ｒ—ｒ ＝ｒ一√（ｅｐ ＋ｐ执） ＋（ｅｐ ＋ｐ ） （７） Ａ０：Ｃ一０，：Ｃ—ａｒｃｔａｎ Ｌ ｅ。 ＋ｐ Ｊ （８） 对于查看转台端面最远端的精度是有意义的，此 时：Ｐ“＝３００・ｅｏｓＣ、Ｐ ＝３００・ｓｉｎＣ、Ｐ ＝４０ ｍｍ、Ｃ∈ （一１８０。。１８０。）。 表１各体之间的变换矩阵 相邻体 体间理想静止、运动特征矩阵 体间静止、运动角误差特征矩阵 体问静止、动误差特征矩阵 ７＂０１Ｐ Ａ ｌＰ（Ｒ）＝ ０固—定１ ｒ１Ｉｊ ｏ０ ０ １ｏ】 ０ ｏ Ｘｙ，ｌ。 ｄ］Ｉ｝ ｒｌ 一 △。 一Ａｙｌ 】１ ｃｔ 一△ ｏｌｄ ０］ｏ ＩＪ ｌ一 血０ ｏｌ１ ｌ０ ｏ ｏ １ Ｊ ｌ ０ ｏ ｏ １Ｊ ％ｌ５＝，４ △ ｌ５（Ｒ）：，４ △ｒｏ１ｓ＝厶 ４ ＡＴｊ２Ｐ（Ｒ）＝ ＡＴ１２Ｐ（Ｒ）＝ 一 １ ０ ８。：０— 一 １ ０ ｐｘｃ ｘｃ一 ０ １ 一△ △ Ｔ ＝，４ ４ ０ １ 一ＡＯＬ ０ ０ １ 一△ａ △ｙ △，Ｂ 。△ １ ０ ０ ０ ０ １一 一△ｐ △“ ｌ １—２Ｃ —一 Ｏ ０ Ｏ １ 一 轴转动 △ ｌ２ｓ（Ｒ）： ＡＴｌ２ｓ＝ ｒｆ ｅｓｉｏｎｃ ｓＣ—ｓｃ。ｓｃ ｉｎＣ ０ｏ ｏ ０］ｆ 一 １ 一△，， △ ０一 一 １ 一△ △ 。 Ｔｉ２ｓ ｌｌ ０ ０ １ ０ ｌ ｚＸｙ １ 一△Ａｙ １ｏ ｏ ｏ ｌＪ 一△ＩＢ △ １ ０ ０ 一△，Ｂ △ 一△１ △ △ｙｚ。 —０ ０ ０ ｌ— 一０ ０ ０ １— ｒ １ ０ ０ Ｘ３ｄ］ Ａ ３Ｐ（Ｒ）＝ Ａ ３Ｐ（Ｒ）＝ ２３固定 ： ｌ ｌ０ ０ １ Ｚ３ｄ Ｉ 一１△ ３ ｄ 一ｚｘ１ ｙ３ｄ△一△ ３岛ｄ ｄ ０ ｏ一 一１Ａｙ３ ｄ 一Ａ１ ｙ３ｄ一△ ３△卢 ３ｄ Ａｙ３ｄ — ｌｏ ０ ｏ １ ｊ △岛ｄ 一△ 】０ △ ３ｄ △ ３ｄ １ △勺ｄ —０ ０ ０ １一 一０ ０ ０ １３ｓ＝，４ ４ △ ３ｓ（Ｒ）＝，４ ４ △ ３ｓ＝厶 ４ ２．２转台各零件的制造误差和典型体误差关系 体间运动偏摆误差近似于轴承轴向跳动引起的偏 （１）体０和体１之间的体间静止误差 摆误差，其值为： 、Ｙ方向体间静止误差近似于上箱体固定导轨和 Ａ ： ＿７．５９５×１０－６ｒａｄ 工作台回转导轨柱面的圆柱度误差，其值为： Ａｘ１ｄ ａｙ１ｄ ５ ｔｘｍ 体间运动滚摆角误差近似于编码器的定位精度， ｚ方向体间静止误差近似于工作台回转导轨平面 其值为：Ａｙ，＝±１”＝９．６９６ ｘ１０ ｒａｄ 的平面度误差，其值为：Ａｚ。 ＝５ ｍ 体间静止角度误差近似于工作台端面和回转轴线 体间静止偏摆角误差近似于上箱体固定导轨平面 垂直度误差，其值为： 与回转轴线的垂直度误差，其值为： ＝ ＝ ＝ｌ－６６７×１０－Ｓ ｒａｄ △ ｌｄ： １ｄ：０ ．０ ０９：１．７１４×１０～ｒａｄ （３）对于体２和体３之间的体问静止误差 体间静止颠摆角误差为：Ａｙ ＝０ 、Ｙ方向体间静止误差近似于工作台回转导轨柱 （２）典型体１和典型体２之间误差（Ｃ轴转动时） 面的圆柱度误差，其值为：Ａｘ ＝△ｙ，ｄ＝５ Ｉｘｍ 、Ｙ方向体间运动误差近似于轴承的径向跳动， 方向体问静止误差近似于工作台回转导轨平面 其值为：△ ＝Ｚ￣ｙｃ＝６仙ｍ 的平面度误差，其值为：△ ， ＝５ ｍ 方向体间运动误差近似于工作台上平面的平面 体间静止偏摆角误差近似于工作台回转导轨平面 度误差，值为：Ａｚ ＝３ ｍ 与回转轴线的垂直度误差，其值为： ； …０ Ｉｕ — ＼桐宅Ｉ｝ 披姐辱睾 加 ｍ ８ ６ ４ ２ ０ ＡＯＬ３ｄ眠＝ ＝１．５５２×１０。。ｒａｄ 体间静止颠摆角误差：Ａｙ， ＝０ ３零件制造误差对转台精度的影响 ３．１ 改变上箱体固定导轨柱面的圆柱度误差 仅改变上箱体固定导轨柱面的圆柱度误差，其值 由３ ｔｘｍ增大到９ ｍ（如图３所示）时：转台轴向跳动 不会改变，其值为２４．２ ｍ；转台径向跳动会由１２．７ ｍ线性增大到２４．５ ｍ，增加幅度很大；定位误差由 ８．５ｉｔ增大到ｌ８．４”，上升曲率很大。 如 ——转台定位误差 …转台径向跳动 一 ／． 。 ／一 ，／莹 一 ＼ ，需 一 蠢 － 世 搿 ・血 辩 ３ ３，５ ４ ４，５ ５ ５ ５ ６ ６．５ ７ ７．５ ８ ８．５ ９ 圆柱度误差／ｒｔｍ 图３上箱体固定导轨柱面的圆柱度误差对转台 定位误差和径向跳动的影响 即，上箱体固定导轨柱面的圆柱度误差，对转台定 位误差与转台径向跳动影响很大，但对转台轴向跳动 没有影响。 ３．２改变工作台回转导轨柱面的圆柱度误差 仅改变工作台回转导轨柱面的圆柱度误差，其值 由３ ｍ增大到９ ｍ（如图４）时：转台轴向跳动不会 改变，其值为２４．２ ｍ；转台径向跳动会由１４．５ ｍ线 性增大到１７．９ ｍ，增加幅度很大；转台定位误差由９ 增大到１７．３”，上升曲率很大。 出—岛审持 耳垫 ＃．岛— ｒ 眦；ｈ 一一一一一一一－＝＝二一 ．一一一一一一一一 ， — ＼莹 ＼ ， 搠 需 —／ 账 舞 翅 匠 姐 姐 辩 群 圆柱度误差／“ｍ 图４工作台回转导轨柱面的圆柱度误差对转台 定位误差和径向跳动的影响 即，工作台回转导轨柱面的圆柱度误差对转台定 位误差与转台径向跳动影响很大，但对转台轴向跳动 没有影响。 ，一 ｚＵ『０等 ＩＵ ３．３改变上箱体固定导轨平面的平面度误差Ｚ。 、改 变工作台回转导轨平面的平面度误差Ｚ 、改变 工作台台面平面度误差ｚ —，＿＝＝二＝一． Ｚ１ｄ、Ｚ］ｄ的影响 ：：：：：：：：二一一一 暑： 一 ． 一 —１、 的影响 加 ｍ ５ ０ 平面度误差／岬 图５ ｚｌ ２ ｚｃ对轴向跳动的影响 当改变ｚ 、Ｚ， ｚ 时，转台定位误差和转台径向 跳动不变；当ｚ ｚ，ｄ值由３ ｍ增大到９ ｍ时，转的 轴向跳动的均由２０．２ ｍ增加到到３２．２ ｍ，如图５； 当ｚ 值也由３ ｍ增大到９ ｍ时，则转台的轴向跳 动呈线性增大，趋势较陡，由１８．２ ｍ增大到３６．２ ｍ，说明其对转台端面圆周的轴向跳动影响较大。 ３．４改变上箱体固定导轨平面与回转轴线的垂直度 误差 当上箱体固定导轨平面与回转轴线的垂直度误差 的值由６ ｍ增大到１２ ｍ（如图６、７）时：转台轴向跳 动由１９．５ ｍ增大到２８．９ ｍ；转台径向跳动由１４．７ ｍ线性增大到１６．７ ｔｘｍ，增加幅度较小；转台定位误 差由１１．４”增大到１２．７”，上升曲率同样较小。 即，上箱体固定导轨平面与回转轴线的垂直度误 差对转台轴向跳动影响比较大，对于转台定位误差和 径向跳动影响较小。 量 ——／ ＼ 幅 ，——／卷 厦 暴 姐 群 垂直度误羞／Ｉ．ｔｍ 图６上箱体固定导轨平面与回转轴线的垂直度 误差对轴向跳动的影响 ３．５改变工作台回转导轨平面与回转轴线垂直度 误差 当工作台回转导轨平面与回转轴线垂直度误差的 值由６ ｍ增大到１２ ｍ（如图８、９）时：转台轴向跳动 会由２１．２ ｍ增大到２７．３ ｍ；转台径向跳动会由 ・ ５７ ・ １４．９／，Ｌｍ线性增大到１７．３／ｘｍ，增加幅度很小；转台定 位误差由１１．２”增大到ｌ２ ，上升曲率同样较小。 ——转台定位误芝一＿一＿－竺鱼 一一 一 量 躺 意 账 匠 波 ・姐 姐 辞 癣 垂直度误差／ｇｍ 图７上箱体固定导轨平面与回转轴线的垂直度误差对转台 定位误差和径向跳动的影响 —＿ ＿＿一 曼 ————／ ＼ 需 篙 厦 暴 姐 辞 ６ ６ ５ ７ ７ ５ ８ ８．５ ９ ９．５ ｌＯ １０．５ ｌ１ １１．５ １２ 垂直度误差／ 图８改变工作台回转导轨平面与回转轴线垂直度误差 对转台轴向跳动的影响 ——转台定位误差一一转台径向跳动 １２ 一 吕 １０ ８ 需 簖 魁 ６ ＿匿 ４ ・・ 辞 ２ 群 ０ 垂直度误差／）．ｔｍ 图９工作台回转导轨平面与回转轴线垂直度误差对转台 定位误差和径向跳动的影响 即，工作台回转导轨平面与回转轴线垂直度误差 对转台轴向跳动影响比较大，对于转台定位误差和径 向跳动影响较小。 ３．６ 改变工作台台面与回转轴线的垂直度误差 仅工作台台面与回转轴线的垂直度误差，其值由 ６ １．ｔｍ增大到１４ ｍ（如图１０、１１）时：转台轴向跳动会 由１８．７ ｍ增大到２９．７ ｍ；转台径向跳动会由１４．５ ｍ线性增大到１６．９ ｍ，增加幅度很小；转台定位误 差由１１．３”增大到１２．３”，上升曲率很小。 加 ｍ ５ ０ ／／／ 莹 ＼ ／／／ 需 罄 蟹 ・暴 姐 辩 垂直度误差／“ｍ 图１Ｏ工作台台面与回转轴线的垂直度 误差对转台轴向跳动的影响 ——定位误差一一径向跳动 ／ 昌 一 需 篱 账 厦 坦 ／／ ・ ・血 ・姐 ，／ 蜱 群 一 ／， ‘ ｌ１ ２ 垂直度误差／ｕｍ 图１１工作台台面与回转轴线的垂直度误差对转台定位 误差和径向跳动的影响 ４ 结语 考虑到机床调试的过程中，需要对机床工作台面 自铣，工作台台面和回转轴轴线的垂直度误差会相应 地很小，其值修改为６ ｍ；由于位置公差的值要大于 形状公差的值，考虑到加工的难易程度，修改固定和回 转导轨柱面的圆柱度为４ ｍ；考虑到转台台面的轴向 跳动须要在２０ ｍ之内以及加工的难易程度，把ｚ 、 、ｚ 值均改为４ ｍ。 经修改后计算该转台：转台的轴向跳动为１８．７ Ｉｘｍ，转台的定位精度为９．６ ，转台的径向跳动１２．７ Ｉｘｍ。通过精度建模方法，对转台的各个零件的制造误 差的选定有一定的指导意义。 参考文献 ［１］周玲莉，王禹林，冯虎田．精密数控螺母磨床用小型直驱数控同转 工作台设计［Ｊ］．机械制造与自动化，２０１３（６）：３ｌ一３４． ［２］李圣怡，戴一帆．精密和超精密机床精度建模技术［Ｍ］．国防科技 大学【斗Ｊ版社，２００７（１）：６４． ［３］康方，范晋伟．数控机床制造精度的优化分配方法［Ｊ］．机械科学 与技术，２００８（５）：５８８—５９１． ［４］粟时平．多轴数控机床精度建模与误差补偿方法研究［Ｄ］．长沙： 中国人民解放军国防科学技术大学，２００２． ［５］粟时平，李圣怡，王贵林．基于空间误差模型的加工中心几何误差 辨识方法［Ｊ］．机械工程学报，２００２（７）：１２１—１２５． 『６］刘丽冰，乔小林，刘又午．多轴数控机床加Ｔ误差建模研究［Ｊ］河 到兰圭： ≯ ２０１ ５ ＇￣ｇ１０ Ｎ 超重型落地铣镗床滑枕热一结构耦合分析与优化米 王振宇① 孙章权② 吴凤和③ 李树枝③ （①齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔１６１００５； ②海洋石油／Ｙ＿程股份有限公司，天津３００４５２；（ 燕山大学，河北 秦皇岛０６６００４） 摘要：针对ＴＫ６９３２机床滑枕工作过程中因内外热源的作用导致变形大，影响加工精度的问题，运用有限 元法计算２２种状态下滑枕的变形量。得出其热一结构耦合变形与滑枕行程和主轴转速之间的关系 曲线，并据此提出基于热一结构耦合状态下重型机床结构优化的方法，有效减小滑枕的热一结构耦 合变形。提高机床的加工精度。 关键词：落地铣镗床；滑枕；热变形；结构优化 中图分类号：ＴＧ５３５ 文献标识码：Ａ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｔｈｅｒｍａｌ—ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｒａｍ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｓｕｐｅｒ——ｈｅａｖｙ—－ｄｕｔｙ ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎｙｕ④，ＳＵＮ Ｚｈａｎｑｕａｎ②，ＷＵ Ｆｅｎｇｈｅ④．ＬＩ Ｓｈｕｚｈｉ⑧ （①ＱＩＥＲ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｑｉｑｉｈａｅｒ １６１００５，ＣＨＮ； ②Ｃｈｉｎａ Ｏｆｆｓｈｏｒｅ Ｏｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００４５２，ＣＨＮ； ③Ｙａｎｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ ０６６００４，ＣＨＮ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ＴＫ６９３２ ｉｓ ｂｉｇ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ， ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ，ｕｓｅ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ２２ ｇｒｏｕｐｓ ｄｅｆｏｒｍａ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｍ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ—ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｕｐｌｉｎｇ．Ａｎｄ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｉｎｄｌｅ．Ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚａ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｖｙ ｍａｃｈｉｎｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ——ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｍ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ，ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌｏｏｒ ｔｙｐｅ ｂｏｒｉｎｇ—ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ；ｒａｍ；ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｓｔｕｃｔｕｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｒ数控落地铣镗床作为一种适用于大型工件机械加 工的通用机床，其主要的结构特征是采用立柱结构及 主轴箱～滑枕构成的悬臂式运动部件，如图１所示。 ＴＫ６９３２是我国自主研发的超重型数控落地铣镗床，其 ｒ／ｍｉｎ。机床工作过程中，由滑枕结构变形与热变形相 互作用产生的热一结构耦合变形导致加工误差增大， 大大降低了机床的加工精度。因此，为提高机床整机 性能，必须对滑枕热一结构耦合变形进行分析，找出其 变形规律，为机床热一结构耦合变形补偿与控制提供 理论基础。 精度建模与预测［Ｊ］．吉林大学学报（工学版），２０１２（２）：３８８—３９１． 整机尺寸较大，重量较重，在工作过程中，滑枕在主轴 箱内的最大行程为２ ０００ ｍｍ，主轴转速最高可达８００ 北工业大学学报，２０００（３）：１—６． ［７］Ｗａｎｇ Ｇ，Ｒｏｎｇ Ｙ．Ａｄｖａｎｃｅｓ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃｓ—ｂａｓｅｄ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ［Ｊ］．Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ， ２０１３，１（１）：７５—８１． 第一作者：刘江，男，１９６９年出生，博士，副教授， 主要从事数控机床等方面的研究。 （编辑文章编号：１５１０１６ ［８］王禹林，陶丽佳，孙文钊，等．基于多体系统理论的螺杆转子磨床 精度分析与优化［Ｊ］．南京理工大学学报，２０１２（６）：１０１５— １０２０． 李静） （收稿日期：２０１４—１２—３０） ［９］刘志峰，刘广博，程强，等．基于多体系统理论的精密立式加工中心 如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。 “十二五”国家科技重大专项“深水水下生产设施制造、测试装备及技术”（２０１１ＺＸ０５０２７—００４） ｕ ０ Ｉ等 ｕ Ｉ