基于结合面特性的机床整机精度设计系统研究.pdf

2 0 1 2年 1 月 第 4 0卷 第 1期 机床与液压 MACHI NE TOOL ＆ HYDRAUL I CS J a n ．2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 1 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 0 1 ． 0 0 1 基于结合面特性的机床整机精度设计系统研究 柳林燕，汪惠芬，刘婷婷 ，李新平，周喜峰 南京理工大学机械工程学院，江苏南京 2 1 0 0 9 4 摘要阐述了基于结合面特性的机床整机精度设计系统结构以及 4大关键模块 ，并利用 V B开发工具实现了基于结合 面特性的机床整机精度设计系统。利用该系统实现了机床结合面特性参数的分析与管理，并基于多体系统理论建立了三轴 数控机床静态几何精度模型，可对机床在整个加工空间的几何误差进行预估并对误差源进行敏感性分析 ；同时集成 A N S Y S 软件 ，基于结合面特性可对机床整机动态性能进行分析。另外 ， 通过有效管理机床设计过程中的设计经验以及动静态精度 分析的知识，将有效地支持机床设计。 关键词机床；静态精度；动态特性 ；知识管理；结合面特性参数 中图分类号T P 2 7 8 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 0 0 1 6 Re s e a r c h o n M a c h i n e To o l Ac c u r a c y De s i g n S y s t e m Ba s e d o n J o i n t s Ch a r a c t e r i s t i c s L I U L i n y a n，WANG Hu i f e n，L I U T i n g t i n g，L I Xi n p i n g ，Z HOU X i n g S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， N a n j i n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 9 4，C h i n a A b s t r a c t T h e s t r u c t u r e o f m a c h i n e t o o l a c c u r a c y d e s i g n s y s t e m b a s e d o n j o i n t s c h a r a c t e r i s t i c s a n d i t s f o u r k e y m o d u l e s w e r e i n t r o d u c e d ．M a c h i n e t o o l a c c u r a c y d e s i g n s y s t e m b a s e d o n j o i n t s c h a r a c t e ri s t i c s w a s r e a l i z e d w i t h V i s u al B a s i c a s d e v e l o p m e n t t o o 1 ．T h e a n a l y s i s a n d ma n a g e m e n t o f c h a r a c t e r i s t i c p ara m e t e r s o f j o i n t s w e r e r e a l i z e d a n d t h e s t a t i c g e o me t r y e r r 0 r m o d e l f o r t h r e e 。 -a x i s C NC ma c h i n e t o o l wa s s e t u p b y u s i n g t h e mu l t i b o d y t h e o ry． W i t h t h e s y s t e m．i t wa s a c c e s s i b l e t O e s t i ma t e t h e g e o me t ric al e n ．0 I s o v e r t h e w h o l e p r o c e s s i n g s p a c e a n d t o a n aly z e t h e s e n s i t i v i t y e r r 0 r s a n d d y n a m i c c h ara c t e ri s t i c s o f m a c h i n e t o o l b a s e d o n t h e j o i n t s c h ara c t e ri s t i c b y i n t e g r a t i n g wi t h S o f t wa r e ANS YS ．B y e f f e c t i v e l y ma n a g i n g a l l t h e k n o w l e d g e i n c l u d i n g d e s i g n e x p e rie n c e ，a c c u r a c y d e s i gn an d d y n a mi c c h a r a c t e ri s t i c s a n aly s e s k n o w l e d g e d u r i n g t h e p r o c e s s o f ma c h i n e t o o l d e s i g n ，t h e d e s i gn c a n b e s u p p o r t e d e f f e c t i v e l y ． Ke y wo r d s Ma c h i n e t o o l ；S t a t i c a c c u r a c y ；D y n a mi c c h a r a c t e ri s t i c s ；K n o wl e d g e ma n a g e me n t ；J o i n t s c h ara c t e ris t i c s 随着数控机床和加工中心的广泛应用 ，以及精密 加工技术的迅速发展和零件精度要求的不断提升 ，对 数控机床的精度提出了更高的要求⋯。影响机床精度 的因素除与其 自身的制造、装配精度及刀具性能有关 外 ，主要取决于机床整机的静态、动态及热特性 ，因 此研究机床的整机性能对提高机床设计水平具有一定 的指导意义 。 伴随着信息时代的来临，全球进入了数字化时 代。各种先进技术如有限元技术、C A D ／ C A E技术等 被广泛应用 于机械行业。如何利用这些技术在计算机 环境下快速对机床整机精度进行建模分析 ，利用基于 计算机的数字化模型 ，在产品图纸设计阶段就能够对 设计方案进行整机性能预测和评估 ，这也是机床行业 亟待解决的问题。然而目前仅是对机床的静态精度或 动态特性进行了研究 ，如文献 [ 23 ]分别对四轴 数控机 床、五轴数控 机床进行 了误差建 模，文献 [ 4 ]利用有限元分析方法对机床整机特性进行了分 析，并且这些技术也没有和数字化技术进行有效的集 成。为此，作者开发了基于结合面特性的机床整机精 度设计系统 ，将数字化设计技术应用到机床整机精度 设计中，借助计算机技术快速地对机床静态精度以及 整机动态特性进行分析，旨在提高机床的设计水平和 一 次设计的成功率。 1 整机精度数字化设计系统结构及功能设计 基于结合面特性的机床整机精度设计系统是一个 基于数据库管理平台的集成系统，图 l 给出了系统结 构图。 机床整机精度数字化设计系统包括 3个层次 1 应用层 ，即用 户 界面 层。用 户界 面层 为 用 户提供了良好的用户界面，用户通过网络 ，开展基于 结合面的机床整机精度数字化设计的实际应用； 2 功能层。功能层是系统的核心层，提供了 以下几个模块 系统管理模块、结合面特性参数管理 模块、静态精度分析管理模块、整机动态特性分析管 收稿 日期 2 0 1 1 0 1一l 0 基金项目“ 高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项 2 0 0 9 Z X 0 4 0 1 4 0 3 6 、 作者简介 柳林燕 1 9 8 5 一 ，女，博士研究生，主要研究方向为网络化制造。E ma i l l i u l i n y a n n j u s t 1 6 3 ． c o rn。 2 机床与液压 第4 0卷 理模块以及基于结合面特性的知识管理模块； 3 基础数据库层和接 口层。基础数据库层和 接口层包含了数据库管理系统以及封装了 Ma t l a b和 A n s y s 软件，为进行基于结合面的机床整机精度数字 化设计提供基础性的支持；基础数据库层包括结合面 特性参数库、机床实例库 、有限元模型库、静态精度 分析实例库、整机动态特性分析实例库以及基于结合 面特性的知识库。 基于结合面特性的机床整机精度设计系统 静 糟 分 管 - _ _ _ - 一 感性分析 l 耋 圜圃 茗 錾 匦 网 基 于 结合 面特 性 的 知识 管 理 ___。 - - -。___ _。_ -⋯ _ -_ -_’⋯ 襄 喜 鬟 l 萎 磊 窭 镉 萎 度 萎 囊 知 识 管 理 _ 实 例八 面 实 例／ ＼分 析 实 侈 ＼分 析 实 俩 ＼ 列 实 例 ／ 请求处理与数据接 口 闺圃圄圄国闰 I藿 寥 耍 箨 l l肄 妻 甍 瘴 分 I l 茗}瘁 实 l l 囊 墅 鼋 l I 霎 旃 霹 分 I l 知 识 库 l 、_-，＼_一＼_一、__一一一、--一＼--一一 应 用层 功 能层 数据库层 图 1 基于结合面特性的机床整机精度设计系统结构 基于结合面特性的机床整机精度设计系统包括以 预紧力等 ，再次进行动态特性分析，逐步达到机床整 下基本功能结合面特性参数管理、静态精度分析管 机动态特性优化的目的。该模块包括整机结合面管理、 理 、整机动态特性分析管理、知识管理以及系统管 振动特性分析、切削稳定性分析以及分析结果报表。 理 。 4 知识管理 1 结合面特性参数管理 主要对实验得到的各项结合面特性参数进行统一 的管理，其对象包括固定结合面、滑动结合面以及滚 动结合面的各项实验数据，该模块对这三类结合面实 验数据进行添加、查询、维护及特性参数分析、预测 等操作。 2 静态精度分析管理 负责机床几何精度的计算，通过机床拓扑结构管 理和静态误差源管理，以多体系统理论为基础，分析 机床中各个运动副的误差，最终得到机床刀尖成形点 实际加工过程中，刀具与工件直接接触的点与工 件之间偏离理想位置的偏差值 ，从而进行加工空间几 何误差预估和误差源敏感性分析。 3 整机动态特性分析管理 负责机床整机动态特性分析 ，该模块利用有限元 工具 ，将 A n s y s 运行环境集成到系统中，通过机床结 合面的定义，利用 A n s y s 强大的分析功能进行机床整 机动态特性分析，得到机床的各阶固有频率值和相应 的各阶主振型，以及能够反映切削稳定性能的相对动 柔度曲线等，用户通过得到的结果改变结合面条件 主要指结合部件的材料、表面粗糙度及联结螺栓的 分为面向机床实例的知识管理和面向机床设计流 程的知识管理，通过知识的录入、维护以及查询等功 能对机床设计进行知识支持。 5 系统管 理 包括用户管理、角色管理，通过定义不同级别的 用户角色 ，设置相应的权限，从而有效地对用户进行 管理。 2 整机精度设计系统实现的关键技术 1 结合面特性参数管理 研究表明 机床的静态刚度有 3 0 ％ 一 5 0 ％来 源于结合面的刚度特性 ；机床的振动问题有 6 0 ％以 上来源于结合面；机床的阻尼有 9 0 ％源 自结合面， 因此在机床整机精度分析时将结合面特性参数考虑在 内至关重要 ，这些特性参数为机床的动态特性分析、 预测以及优化提供了数据基础。而通过机械结合面动 态特性实验获得了多种结合条件的大量动态特性参 数，主要包括固定结合面特性参数 、滚动结合面特性 参数以及滑动结合面特性参数等，因此需要对这些实 验数据进行有效的管理 ，使用户可以方便、快捷地得 到分析所需要的数据。 实验人员与机床设计人员对结合面特性参数具有 态度 析理 图 圈 盈 团 第 1 期 柳林燕 等 基于结合面特性的机床整机精度设计系统研究 3 不同的操作内容 ，如图2所示。实验人员首先分别进 行固定结合面、滚动结合面以及滑动结合面 3种实 验 ，然后分别将结合面结合条件以及实验结果即结合 面动态特性参数 指法向刚度、法 向阻尼、切 向刚 固定结合面 结合面条件材料、 粗糙度、商压、 加工方法、介质、 灌胶、结合面积 实验人员 固定结合面特 性参数实验 、 H I 蓥 薷 莛 M mJ03 篱 、U 参 数 切 向 度 、l J l 向 阻 尼 、 法 向 I 、／ ．1 蔫 I 固定结合面特 l 1 l 辛 擎 l性参I _ l性参数维护 l I 靖拿 萎 I I 羞 等 落 H - 1 卜 罐 蓄 l J，_ 上闽 f 基 础 参 数 刚 1 l I堂 霉 绔 舍 l ＼ 度 、 阻 尼 ／ ● l皿 系 1 f 、、_／ r ] 、、／ ’ 滚动结合面 度以及切 向阻尼导入到系统中，相应地形成 固定 结合面特性参数库 、滚动界面特性参数库以及滑动结 合面特性参数库。同时实验人员对这些特性参数进行 相应的维护。 实验 人 员 滚动 结合 面特 性参数实验 藿 I l 结畲面动态特性 l l l性参数录入l l 参数 切向 剐度、 I I L1 _ ． J ． 1 切向 阻尼 、法向 广一 l _ I 刚度 、 法向阻尼 I I ； ■ m 恫 Y I I l 卜 l 』 I 结合面类型 l 诜 柽 l 滑动 结合 匾 蓥 鑫 裔 箭 切 向阻尼 、法 刚度、法向阻 实 验人 员 滑动结合面特 性参数实验 滑动结合面特 性 参数 录入 滑动结合面特 性参数维护 ●I● l I●I●I●t 滚 动结 合面 条件匹配 滑动结合面条件 蓥 刚度 、阻尼 图 2 结合 面特 性参 数应用流程 而机床设计人员则是通过结合面特性参数管理平 预测值提交给用户。 台，根据需要获取机床精度分析时需要的结合面特性 ③滑动结合面 参数，将实际的结合条件提交至结合面特性参数管理 根据滑动结合面的结合条件 固定导轨材料、粗 平台，系统将 自动地返回给用户正确的结合面特性参 糙度、形状、是否贴塑、厚度、组合形式，动导轨材 数。返回这些参数时，系统根据不同类型的结合条件 料 、粗糙度 、形状、是否贴塑，工况 移动速度、 进行相应的处理方式，处理方式如下 面压、介质、界面长度 ，进行 匹配 ，若匹配成功则 ①固定结合面 返回特性参数结构，否则通过神经网络进行预测 ，然 根据固定结合面条件，主要指结合的两种材料、 后将预测值提交给用户。 粗糙度 、面压、加工方法、介质、是否灌胶、结合面 通过结合面特性参数数据库的建立以及对3 种结 积 ，进行匹配，若匹配成功则进行等效处理，否则进 合面的有效管理 ，用户可以根据机床实际结合条件快 行差值或者通过神经网络进行预测 ，然后将预测值进 速得到结合面特性参数。 行等效处理，提交给用户实际的特性参数。 2 整机静态精度分析 ②滚动结合面 机床几何精度又可称为几何误差 ，是静态精度的 根据滚动结合面的结合条件 导轨副型号 、生产 主要内容之一 ，它是评定机床精度的主要指标 ，是导 厂家 、滑块类型、预压等级、滚动体类型、法向载 致机床加工误差 的主要因素之一。在机床设计过程 荷 、侧向载荷、介质，进行匹配，若匹配成功则返回 中，快速准确地分析机床的零部件几何误差对机床精 特性参数结构 ，否则通过神经网络进行预测，然后将 度的影响规律 ，有利于机床设计人员缩短开发周期并 导形 、 材 、 速截＼ 定 、 度轨状恸 固 度厚导 形澎质一 ． ． 糙 、 动 、 况介， 件粗塑 ； 度工 、／ 条 、 贴式糙塑压， 面料否形粗贴面度 合材是合 、 否 、 长 结轨状组料是度面 轨家等 、 戴 导厂压型向一 产预类侧一 件生 、 体 、 条 、 型动荷质 面号类滚载介 合型块 、 向 、 结剐滑级法荷 ●．●．●．●．●．●．● 1 2 ● ． ● ． ● ． ● 4 机床与液压 第 4 0卷 提高机床精度设计水平，同时也为误差补偿提供了参 考数据。因此需要利用计算机对机床几何误差进行快 速自动建模。文中基于多体系统理论，以特有的低序 体列 阵来描述复杂机械系统 ，该方法可 以全面考虑影 响机床系统的各项因素和相互耦合关系，对产量多、 用户需求量大的三轴数控机床进行误差分析和建模 ， 完成机床误差的计算机 自动建模。该方法充分利用现 代计算机技术的发展成果 ，使机床几何精度建模过程 程式化和规范化 。 基于多体系统理论进行机床静态精度分析的基本 思想 首先根据机床的结构形式，建立相应的拓 扑结构和相邻低序体列阵，一般分为两个分支 ，例如 由床身一工作台一夹具～工件分支和床身一立柱～滑 座一滑枕 主轴一刀具分支构成，如图 3所示， 然后建立相邻体之间的特征变换矩阵 包括理想特 征变换矩阵和误差特征变换矩阵 ，特征变换矩阵的 元素由2 1 项基本误差构成 ，而这 2 1 项基本误差由机 床的各向运动副的制造及装配误差值转换而成 ，如导 轨水 平面内直线度 误差 、导轨垂 直 面 内直线 度误差 、 导轨垂直面内平行度误差以及丝杠螺距累积误差等 ， 这些误差值将通过误差辨识方法” ，计算转换为 2 l 项基本误差，最终通过特征变换矩阵运算，得到刀具 跟工件之间的相对位移误差 ，在此基础上进行机床空 间误差仿真计算以及敏感误差分析。为了实现计算机 的程式化、规范化建模，将机床拓扑结构的分类规则 规定如下 根据三轴数控机床主轴方向的不同分为立 式和卧式两类。根据进给运动轴之间的关联关系的区 别，立式机床分为 F X Y Z型、X F Y Z型、X Y F Z型和 X Y Z F型 ；卧式机 床分 为 F X Z Y型 、X F Z Y 型 、X Z F Y 型和 X Z Y F型。其中 “ F ”前面的字母表示工件分支 相对机床床身的平动方向，“ F ”后面字母表示刀具 分支相对机床床身的平动方 向，如 “ X Y F Z ” 中的 “ F ”前 的 “ x ” 、“ Y ”表示工件所在 的工作 台相对机 床床身可做沿 轴和 Y轴方 向的平动 ， “ F ”后 的 “ z ”表示刀具所在的主轴箱相对机床床身可做沿 z 轴方向的平动，图4为 F X Y Z型三轴数控机床的拓扑 结构。 l 一床身 卜 立柱 3 一滑座 4 _ 滑 枕卜 刀具6 _ _ 工 作 台 7 一 夹 具8 一 工件 图3 相邻低序体 拓扑结构图 1 一床身、立柱 2 一滑枕f 主轴 卜 滑鞍4 _ _ 工 作 台 图 4 F X Y Z型机床 拓扑结构图 图5所示为计算机环境下静态精度分析的流程， 每类拓扑结构的三轴数控机床的几何精度模型即误差 特征变换矩阵算式封装在软件 中同时调用 M a t l a b计 算模块，用户输入各向基本误差参数和机床模型各个 部件坐标系初始相对坐标位置 ，然后根据实际机床选 择拓扑结构即可进行机床整机静态精度分析。 机床拓扑 结构选择 壅 兰 塑 塞n J 否 l ’ 望 n 茎 茎 一堡 茎 苎 『 1 置初始值测定I ． L - 1 酲希董 图5 计算机环境下静态精度分析的流程 3 整机动态精度分析 机床整机动态性能分析是机床抗振性和切削稳定 性研究的基础 。机床的动态特性主要包括两个方面 的内容一是机床抵抗受迫振动的能力，二是机床抵 抗切削颤振的能力。在图纸设计阶段分析机床的动态 特性，主要通过分析机床的固有频率和振型 ，以及机 床整机系统刀具和工件之间的相对动柔度曲线来实 现 。机床这类复杂机械 ，除了本体结构之外，还包 括为了方便运输 、装配、制造等各种各样的结合面。 机床结合面的存在使机床的静态刚度有 3 0 ％ ～ 5 0 ％ 来源于结合面的刚度特性，机床的振动问题有 6 0 ％ 以上来源于结合面 ，机床的阻尼有 9 0 ％源 自结合面。 所以，研究考虑结合面特性的机床动态特性是非常必 要的，将数字化设计技术应用到机床动态特性分析 中，为方便 、高效地解决这类工程问题提供了有效途 径 。 基于结合面的机床整机动态性能分析过程如图6 所示，通过对整机结合面定义，根据机床实际结合条 件，以结合面特性参数数据库为基础，载入机床结合 面的等效参数。在参数载人时，3种结合条件分别处 理，固定结合面以固定结合面基础特性参数为基础 ， 采用一定的等效方式转换为机床实际结合条件下的等 效数据；对于滚动结合面以及滑动结合面，分别根据 其各 自型号、预紧力等条件直接采用特性参数数据库 中的数据。这样，利用软件环境将结合面的各个结合 面参 数转化成 A n s y s 有 限元模型 中能 够识别 的 自定 义 单元实常数值 ，使得每个结合面的特性参数与模型定 义的自定义单元匹配，从而模拟机床结合面的实际结 合状态。 结合面参数载入完毕后，系统集成 A n s y s 软件进 行模态分析 ，通过识别结合面参数的有限元模型，利 用封装在系统中的A P D L语言驱动 A n s y s 模块执行模 态求解 ，同时提取固有频率和振型云图，将分析结果 存入动态特性分析实例库中。用户可根据机床的工作 频段，分析机床抵抗受迫振动的能力 ，同时为进一步 分析机床的切削颤振特性打下基础。 ’ 第 1期 柳林燕 等 基于结合面特性的机床整机精度设计系统研究 5 C AD模型接口 兰 竺 竺 坌 整I 一 、 L _1 有 限元 软 匿鼙⋯■ ⋯ l模 型 J 丽 ／嘲 f南 箱 、 匝 号 固 l- 鐾 茬宴耍蓬卜 匪 噩 受 亘 丕 圈I f 且 篓 鑫 霉 蒙 性 I 塑 堕 二 二 ．竺 萎 ／ 季 墨 振 型 动 画 寸 叫 壅 垫 堑 堡 坌 堕 r1 {薄 弱 环 节 识 别 I 后 置处 理 图6 基于结合面的机床整机动态性能分析过程 机床整机谐响应分析则是将实际切削加工产生的 切削力模拟成随时间按正弦规律变化的载荷 ，以此来 计算机床结构的稳态响应 ，预测结构 的持续动力特 性。在模态分析获取的固有频率基础上，同样利用封 装在系统中的A P D L语言执行谐响应分析命令 ，在刀 尖处网格节点上施加大小等于实际切削加工中刀尖承 受的简谐力 ，设置频率分析范围，进行谐响应求解 ， 获取分析结果。根据机床在不同频率下的响应，调用 A n s y s 的时间后处理模块 ，获取响应值对频率 的曲 线，即相对动柔度曲线，同时存入动态特性分析实例 库 中。 最后 ，调用动态特性分析实例库中的结果，通过 人机交互的方式进行薄弱环节的识别，给出结合面参 数优化的方案 ，然后进行结合面条件修改，重新载人 新的结合面参数，进行下一轮分析。 4 知识 管理 知识管理主要是将机床设计过程中的设计经验、 理论和实验方法、优化设计知识等重要的设计知识综 合起来建立一个完整的知识库，旨在帮助机床设计人 员更好更快地完成机床的设计。基于结合面特性的机 床整机精度设计知识管理框架如图7所示。在基于结 合面特性的机床整机精度设计中，知识管理分为面向 机床实例的知识管理以及面向设计流程的知识管理。 面向机床实例的知识管理根据知识分类分为机床系列 实例、关键零部件实例、静态精度分析实例、动态特 性分析实例以及机床结合面实例 ，所有的这些实例封 装成相应的实例知识库。面向机床设计流程的知识根 据机床设计的流程分为总体方案设计知识 、零部件设 计知识、零件设计知识 以及设计标准知识。 I 机 床系 列实 例 f I 机床 系列知 识库 l 基 于 I 关 键 零 部 件 实 例 { L． 、 I 关 键 零 部 件 实 例 知 识 库 l I 知 识 获 取 ／ 厂 、 结 合 I 静 态 精 度 分 析 实 例I l 静 态 精 度 分 析 实 例 知 识 库I -3 ’‘ 面 检 特 知 识l 动 态 特 性 分 析 实 例 I I 动 态 特 性 分 析 实 例 知 识 库I 知 识 维 护 ＼ 性 的 机 I 机 床 结 合 面 实 例 I I 机 床 结 合 面 实 例 知 识 库 I 床 整 雪 I 总 体 设 计 方 案 知 识』 l 总 体 设 计 方 案 知 识 库 } 4 知 识 查 询I - - 机 向 。 。 度 J 部 件设 计知 识 J l 部 件 设 计 知 识 库 l 设 I 零 件 设 计 知 识 l l 零 件 设 计 知 识 库 I 推 理 系 统 I L 计 知 识 I 设 计 标 准 知 识 I l 设 计 标 准 知 识 库 l 知 识 管 理 工 具 管 理 图 7 基于结合 面特性 的机床 整机 精度设计知识管理框架 知识管理工具主要包括支持机床设计知识全生命 则、设计方法等知识推荐给机床设计人员以支持机床 周期的获取 、维护和应用的相关工具等。通过人机交 设计人员在不同阶段的设计工作。 互的方式把机床设计积累的相关经验和知识 ，特别是 3 系统应用与实现 基于结合面特性的机床整机精度设计的知识存储到知 基于 V B开发环境和 S Q L S e r v e r 数据库系统 ，采 识库中；另一方面 ，机床设计实例如关键零部件实 用 0 D B C访问技术 ，作者开发了基于结合面特性的机 例、动态特性分析实例以及结合面实例知识能够有效 床整机精度设计系统。结合面特性参数管理如图8 所 地指导机床设计人员进行基于结合面特性的机床整机 示 ，用户可以根据实际结合条件 ，查询到具体的特性 精度设计 ；而面向机床设计流程的知识通过知识查询 参数，包括刚度、阻尼等 ，同时利用 B P神经网络模 等方式，能快速地将设计过程中需要遵循的设计原 型可以预测结合面动态特性参数。利用静态精度分析 6 机床与液压 第4 0卷 模块，用户根据具体机床结构 ，选择机床拓扑结构， 输入各项误差元素后即能得到机床几何误差 ，如图9 所示。图 1 0 、1 1为机床整机动态性能分析，结合面 图 8 结合面特性参数管理 图 l 0 动态特性分析 4 结束语 数字化是设计制造的发展趋势 ，作者所开发的基 于结合面特性的机床整机精度设计系统能够对结合面 特性参数进行有效的管理 ，基于这些特性参数，能够 在机床设计时利用计算机方便地进行动静态精度的分 析，同时形成相应的知识 ，从而提高了机床整机设计 精度以及机床设计知识的利用率。该系统对于缩短机 床开发周期 、提高机床设计精度、降低开发成本起着 重要作用，为实现推进机床基础装备制造业数字化提 供了技术保障。 参考文献 【 1 】 曹西京， 宋海波， 白雪峰， 等． 基于 R e n i s h a w的数控机床 定位精度和动态性能的研究 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 9 ， 3 7 4 4 3 4 5 ． 【 2 】 郭辰， 杨林 ， 李庆勇． 基于多体系统理论的数控机床误差 建模[ J ] ． 机械设计与制造 ， 2 0 0 5 3 1 2 31 2 5 ． 定义完毕并根据实际结合条件载入特性参数后 ，调用 A n s y s 进行模态分析和谐响应分析，分析结果存人实例 分析库，以供用户查看，为机床精度的优化提供支持。 图9 静态精度分析 图 1 1 分析结果查看 【 3 】 王秀山， 杨建国， 闫嘉钰． 基于多体系统理论的五轴机床 综合误差建模技术 [ J ] ． 上海交通大学学报， 2 0 0 8 ， 4 5 5 7 6 1 7 6 6 ． 【 4 】王学林． 机床模态特性的有限元分析[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 5 2 2 0 2 2 ． 【 5 】张学良， 徐格宁， 温淑花． 机械结合面静动态特性研究回顾 及展望[ J ] ． 太原科技大学学报， 2 0 0 2 ， 2 3 3 2 7 7 2 7 8 ． 【 6 】 李欢玲 ， 缪群华， 赵宇， 等． 基于多体系统理论的五轴加 工中心几何误差建模[ J ] ． 中国制造业信息化 ， 2 0 0 7 ， 3 6 1 9 1 61 9 ． 【 7 】陈亚宁， 丁文政， 裴亮． 三轴再制造机床空间几何误差建 模与辨识研究 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 8 ， 3 6 4 3 1 4 3 1 7． 【 8 】 关锡友 ， 孙伟． 数控机床整机动力学性能可视化分析与 仿真[ J ] ． 中国工程机械学报， 2 0 1 0 ， 8 1 1 5 ． 【 9 】张广鹏 ， 黄玉美， 赵宏林， 等． 一种机床动态特性的模糊 评价方法[ J ] ． 制造技术与机床， 2 0 0 1 1 1 4 一 l 6 ．