摘要
机床精度是评价机床性能的重要指标，机床的受力变形误差是影响机床加工精度的重要误差源之一，因此,提高机床刚度是提高机床加工精度的主要途径。机床加工精度，取决于刀具与工件的相对位置、相对姿势以及相对运动偏离理想状况的程度。刀具与工件之间的最终受力变形误差是机床各个部件受力变形误差综合作用的结果，而机床各个部件受力变形误差对最终受力变形误差的影响程度不尽相同。分析和掌握机床各个部件受力变形误差对最终偏差的影响程度，可以为机床整机刚度的优化分配以及零部件的结构优化提供可靠的依据。本文以机床CK6140为研究对象，主要研究工作如下： 第一章分析研究了机床整机刚度建模与零部件结构优化的国内外研究现状，总结了目前研究与应用中存在的不足，提出了“基于变形敏感度分析的机床整机刚度分配与零部件结构优化”研究课题，并介绍了课题研究的思路和主要内容。 第二章根据机床的拓扑结构，结合多体系统理论和齐次坐标变换原理，分析了机床各个部件的受力变形形式以及产生的受力变形误差，确定了机床各个部件理想特征矩阵和受力变形误差特征矩阵，建立了机床整机的受力变形误差模型。该模型能够量化反映机床各部件六个自由度的受力变形误差对最终受力变形误差的传递规律及其叠加作用规律。该受力变形误差模型的建模方法也适用于其它机床。 第三章采用间接敏感度分析方法对机床各个部件的受力变形误差进行了敏感度分析，分析结果准确地反映了机床各个部件受力变形误差对刀具与工件最终位置偏差的影响程度，为机床整机的刚度优化分配和零部件的结构优化提供了数值依据。根据机床受力变形误差模型，编制了“机床受力变形误差敏感度分析”工具软件，提高了分析效率。 第四章基于机床受力变形误差敏感度分析结果，针对在机床加工误差敏感方向上产生较大偏差的部件受力变形误差，选择最有效的优化部件及其刚度方向，以机床总成本最低为优化目标，采用遗传算法，完成了机床整机刚度的优化分配，比优化分配之前节约成本约5.6%。 第五章基于机床受力变形误差敏感度分析结果，探索性地提出了一种面向敏感变形自由度方向的关键零部件结构优化方法。针对加工误差敏感方向上的薄弱部件的敏感变形自由度，利用响应面法和有限元法，在保证结构质量不变的情况下，使主轴的弯曲刚度提高了6.2%。 第六章总结了全文的研究工作，并对后续研究进行了展望。
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