5.2 传感器布置方案 32

5.3 试验理论模型 33

5.4 试验步骤 35

5.5 方案优点 36

5.6 本章小结 36

结 论 37

致 谢 38

研 究 成 果 39

参 考 文 献 40

附录 A 有限元仿真结果 42

附录 B 工装设计工程图 50

本科毕业设计说明书 第 1  页

1 绪论

1.1 引言

滚动直线导轨副是高档数控机床进给系统的关键部件[1]，直线导轨副的弹性变形会直接 影响数控机床加工精度[2]，静刚度成为导轨副选型所需考虑的重要参数。导轨副静刚度的理 论和实验研究均不够深入系统，基于有限元分析方法的导轨副自身结构参数对其刚度性能的 影响的研究不够全面；并且静刚度的检测标准还不够完善，缺乏大量的试验数据支撑[3]，某 些产商甚至还缺乏专业的试验设备，对试验设备误差分析和补偿方面和对实验装置的改进和 优化方面的研究寥寥无几，大多数研究单位的试验设备在一次试验加载中，仅能测量一种导 轨副静刚度，多种静刚度测量是需要频繁更换装夹方式或施加载荷的方式，存在测量效率低， 测量结果不准确等诸多问题，滚动直线导轨副静刚度的高刚性设计进展缓慢，严重制约了我 国滚动直线导轨副的自主研发与国产化，导致国内外滚动直线导轨副存在较大差距。因此， 对导轨副静刚度进行深入分析测评和对测试台地研制具有重大意义。

1.2 滚动直线导轨副静刚度研究现状

1.2.1 理论研究现状

1.3    研究的内容

本文主要包括以下几部分内容：

1）使用 ANSYS Workbench 有限元分析软件，分别对滚珠直线导轨副和滚柱直线导轨副 静刚度进行了仿真分析，研究了滚珠直线导轨副的滚珠直径、曲率比、接触角、滚珠间隙和

滚柱直线导轨副的滚柱直径、接触角、滚柱间隙等结构参数对静刚度的影响。

2）对静刚度试验台进行了误差溯源，分别分析了传感器标定、载荷分布情况、导轨工装 刚性、传感器布置方式等误差来源对导轨副静刚度测量结果准确性的影响；并基于多体系统 理论的休斯敦方法，进一步针对误差溯源结果，建立了导轨副静刚度测量的误差补偿模型。 3）在已有静刚度试验台的基础上，对各种型号的滚珠直线导轨副进行了静刚度测试，验

证有限元分析结果，并进一步对各厂家的滚柱直线导轨副进行了静刚度测评。

4）优化设计了一种同时测量直线导轨副垂直、侧向、俯仰、偏摆及倾斜静刚度的装置及 方法，详细介绍了实验装置的结构实现方案和其理论求解模型。

本文主要框架如图 1.2 所示。

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