工业母机—精度保持性丨正式出版|主轴|保持性|公差|工业母机|应力|机床

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Research on the program spectrum compilation method for the accelerated test of accuracy retention of CNC machine tools

作者：魏宇飞, 邢家鹏, 赵地, 陈阳, 杨月冰, 薛瑞娟, 刘阔, 王永青

单位：大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室、智能制造龙城实验室、友机技术（上海）有限公司、通用技术集团机床工程研究院有限公司

摘要：为提升数控机床精度保持性加速试验输入载荷的准确性与全面性，提出一种面向实际切削工况的精度保持性加速试验程序谱编制方法。首先，通过测力仪、多源信息监测系统及数控系统同步采集切削力、振动、温度、进给速度及坐标等多源信号，并进行信号预处理；其次，在此基础上，采用雨流计数法与功率谱密度分析等手段，构建典型工况下的载荷谱；再次，结合精度保持性加速试验方法，建立包含静动态力、振动、温度和速度的“四应力三水平”精度保持性加速试验程序谱；最后，以五轴立式加工中心为试验对象编制了整机程序谱。与现有编制方法相比，此方法综合考虑了多物理场耦合因素，更适用于精度保持性加速试验的多应力协同加载需求。

基金：无

Research on the variation of assembly dimension chains of numerical control machine tools under the service condition

作者：李旸, 张思维, 王敬民, 李科, 张彬, 赵万华

单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室、梅赛德斯奔驰（中国）投资有限公司

摘要：公差分析用于分析组成环公差与封闭环公差之间的公差累积关系，其核心是零部件间误差累积关系的建立。目前的公差分析方法将零部件的几何要素视为理想的直线或者平面，因此不能考虑机床全行程内零部件间误差累积关系的变化。为此，文章提出了一种尺寸关系模型，该模型将机床零部件几何要素离散表征为离散的坐标点集，服役态作用下零部件发生变形，相应离散点的变化造成了尺寸链不封闭，在此通过三个最高点确定的等效共面基准面近似代替安装基准面，确保了尺寸链的封闭性，并据此建立起了服役态下零部件间的误差累积关系。在此基础上，通过某卧式加工中心的验证实验，验证了服役态尺寸关系模型的正确性。建立服役态尺寸关系模型后，结合随机性误差可实现零部件公差合理分配，考虑系统性误差可实现零部件的精度主动设计。

基金：国家科技重大专项项目“高档数控机床与基础制造装备” 2012ZX04012-032；国家自然科学重点基金项目 51235009；国家科技重大专项项目“齿轮/回转类零件加工机床装备企业中试验证能力提升” Z2024ZD0710901

Evaluation of accuracy retention of CNC machine tools considering degraded trajectory fluctuations

作者：冯聪, 陈传海, 王衍, 周胜韬

单位：江苏海洋大学机械工程学院、吉林大学机械与航空航天工程学院

摘要：精度保持性是数控机床的关键性能指标之一。目前，关于数控机床精度保持性的研究主要集中在某一时刻或不同时间段的精度数值分析，针对与时间变化相关的退化轨迹波动程度的研究相对较少。文章基于多体系统理论，建立了数控机床的空间位置误差模型，并提取空间位置精度退化量作为反映整机精度保持性的核心退化指标。通过径向基函数法，将定期测量得到的退化数据转化为连续的退化轨迹模型，并考虑退化轨迹波动程度的影响，引入平均退化速率和精度波动程度的概念，从而实现对数控机床整机精度保持性的有效定量评估。本研究提出的建模与评估方法，能够有效评估退化轨迹波动对精度保持性的影响，为数控机床的预防性维护提供了理论依据。

基金：国家自然科学基金项目 52275192；连云港市第六期“521工程”项目 LYG06521202262；连云港市基础研究计划项目 JCYJ2301；江苏海洋大学“海州湾英才”创新计划项目 KQ25028

Active design methodology for guide rail surfaces to enhance straightness accuracy of horizontal linear axes in beams

作者：李旸, 李科, 王敬民, 张思维, 张彬, 赵万华

单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室、梅赛德斯-奔驰（中国）投资有限公司

摘要：装配尺寸链是数控机床公差设计的基础，工况作用下装配尺寸链会发生变异，其变异量一般远大于公差值的大小，导致传统的装配尺寸链反映的误差累积关系不准确。文章建立了一种能够考虑机床服役状态的变异装配尺寸链模型，尤其是针对机床形位公差建立了一种以机床行程为自变量的装配尺寸链。在此基础上，建立了主轴轴线和Z轴运动平行度的变异装配尺寸链，分析对封闭环影响最为显著的组成环，并通过导轨定位基准面精度主动设计方法抵消了重力作用下封闭环公差带位置的变化。该精度主动设计方法可提高横梁/框式立柱水平轴轴线运动的直线度。

基金：无

Mechanism-data driven analysis of spindle rotational accuracy degradation

作者：蔡引娣, 胡金阳, 杨昱晨, 汪茹月, 朱祥龙, 董志刚, 康仁科, 刘志峰

单位：大连理工大学机械工程学院、吉林大学机械与航空航天工程学院、北京工业大学机械与能源工程学院

摘要：针对目前对于电主轴回转精度退化模型存在准确性低、泛化能力差等问题，文章从轴承磨损的角度出发，建立了考虑工况条件的机理-数据驱动的回转精度退化模型。首先，基于Hertz接触理论构建了轴承的接触力学模型，并应用Archard磨损理论描述了轴承磨损与主轴精度退化之间的关系，从而建立了一个考虑轴承磨损影响的电主轴回转精度退化机理模型；其次，搭建了虑及工况条件的电主轴回转精度退化实验平台，在不同工况条件下对VF150-X1型电主轴进行长时间的退化实验；最后，利用回归算法融合机理模型与实测数据建立了机理-数据驱动的电主轴回转精度退化模型。实验表明，在转速2 000 r/min、载荷350 N、实验时间150 h的工况下，电主轴实际退化量与模型预测退化量相对误差仅为7.33%，证明了文章所构建的机理-数据驱动的电主轴回转精度退化模型在特定工况下具有良好的预测效果。

基金：国家自然科学基金联合基金集成项目“超精密车削机床设计制造基础理论与方法” U23B6005；国家自然科学基金面上项目“晶圆减薄空气静压主轴运动精度演化机理及其对晶圆面形影响规律研究” 52575477

Research on the influence law of residual stress distribution on the deformation of large machine tool components

作者：黄勃铭, 潘士辉, 罗方劲, 刘宇

单位：东北大学机械工程与自动化学院

摘要：为研究机床大型箱体类铸铁件在铸造及应力释放过程中铸件变形规律。以自研机器人加工制造单元的支撑工作台为研究对象，开展了铸造全过程多物理场数值模拟与区域应力-位移响应分析。首先，利用ProCAST软件对铸造过程进行热–力耦合模拟，获得铸件等效应力分布及关键点残余应力演化趋势，结果表明热应力是主要应力来源，而相变应力和阻碍应力的作用较小。其次，通过数值模拟方式进行模态分析，识别适宜激振点、激振频率与激振力，实现振动时效处理，并验证其对残余应力削减有效性，减小铸件在整机运行中残余应力释放导致的变形，以提高精度保持性。最后，基于铸件关键区域应力分布与几何结构特点，结合Python脚本实现对区域残余应力场的单独保留，探讨了局部应力释放对关键功能点变形的影响。结果表明，各功能区域单独加载所得的变形响应与五区域同时加载结果的相加误差极小，仅为0.069 μm（误差小于1%）。验证了残余应力诱导变形具有良好的线性叠加性。进一步通过引入“全域平均灵敏度”指标，量化分析了不同区域残余应力释放对结构变形的影响。研究结果为大型铸铁件残余应力控制与铸件应力检测区域的选择提供了理论依据。

基金：无