一种随机磨损工况下机床导轨副直线度衰退计算方法技术

本发明专利技术公开一种随机磨损工况下机床导轨副直线度衰退计算方法，该方法包括基于Archard磨损原理，计算出考虑载荷、速度随机作用时的机床导轨副单点磨损深度方程；基于随机原理，计算出考虑进给长度随机变化的机床导轨副最大磨损深度模型；根据所述考虑载荷、速度随机作用时的机床导轨副单点磨损深度方程，代入考虑进给长度随机变化的机床导轨副最大磨损深度模型，计算出机床导轨副直线精度衰退计算模型，并根据所述精度衰退模型考虑机床工况对导轨副精度的影响。补充了现有计算方法考虑影响不充分的不足，有利于优化导轨副精度计算结果，深入理解导轨副接触面磨损形态及其演化过程，从而更好地指导机床加工工艺的设计与应用。

【技术实现步骤摘要】
一种随机磨损工况下机床导轨副直线度衰退计算方法
本专利技术提供了一种随机磨损工况下机床导轨副直线度衰退计算方法，属于数控机床精度设计领域。
技术介绍
研究数控机床导轨精度的计算与预测对提高数控机床整体可靠性水平具有非常重要的意义，从数控精度退化规律的角度来研究数控机床运行可靠性是近几年主要的研究方向之一。在预期的工作寿命期内，数控机床的加工精度能否保持，与其关键部件的精度保持性有着直接的关系，研究相关部件的精度保持性是提高数控机床整体可靠性的必要途径之一。磨损是机床导轨部件破坏的主要原因，研究摩擦学的重要意义在于节约能耗，降低材料损失，延长机械设备的服役寿命和提高工作可靠性。现有的计算方法参数量级跨度较大，缺乏对实际工况随机特性的细节考虑。例如，机床实际工况下，一次加工过程中的进给速度变化范围较大，不应按照一个定值代入计算。因此，如何从磨损原理出发，针对机床工况的随机特性进行导轨精度的计算，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术目的提供一种随机磨损工况下机床导轨副直线度衰退计算方法。能够计算表面磨损导致的机床导轨副直线精度变化，同时考虑随机载荷影响、随机速度影响、以及进给长度随机变化的影响，补充了现有计算方法考虑影响不充分的不足，有利于优化导轨副精度计算结果，深入理解导轨副接触面磨损形态及其演化过程，从而更好地指导机床加工工艺的设计与应用。所述该方法包括：S1、基于Archard磨损原理，计算出考虑载荷、速度随机作用时的机床导轨副单点磨损深度方程；S2、基于随机原理，计算出考虑进给长度随机变化的机床导轨副最大磨损深度模型；S3、根据所述考虑载荷、速度随机作用时的机床导轨副单点磨损深度方程，代入考虑进给长度随机变化的机床导轨副最大磨损深度模型，计算出机床导轨副直线精度衰退计算模型，并根据所述精度衰退模型考虑机床工况对导轨副精度的影响。附图说明图1.本专利技术一种随机磨损工况下机床导轨副直线度衰退计算方法的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。步骤一基于Archard磨损原理，计算出考虑载荷、速度随机作用时的机床导轨副单点磨损深度方程以考虑机床导轨副接触载荷与接触速度对导轨的影响为出发点，基于Archard原理与导轨受载状态，计算受载导轨磨损深度方程；随着接触载荷与接触速度的增大，导轨副上接触点的磨损深度会增大。步骤1.1基于Archard磨损原理的考虑载荷的导轨副单点磨损深度方程选定导轨为研究对象，基于Archard磨损原理可得：式中，V为导轨副上某任意点的磨损量，K为该任意点的磨损系数，P为该任意点的载荷，L为该任意点的滑动距离，H为该任意点的硬度；分析导轨的磨损点微分几何特征得：由微分几何关系得，dV＝dh·dAC，P＝σ·dAC，dL＝v·dt，式中h为导轨副上同式(1)所描述任意点的磨损深度，σ为该任意点的接触应力，AC为该任意点的接触面积，v为该任意点的接触速度，t表示自从导轨副开始出现滑动的时间；代入得：考虑接触应力随时间变化得：对t积分，得考虑载荷随机作用时的机床导轨副单点磨损深度方程：令一段时间Δtj内，接触应力σ为定值，求取该段时间的磨损深度Δhj,n，；j表示在该段时间Δtj发生第j次滑动，n表示第n个接触点，求和得出该次滑动的磨损深度；则得Δtj时间内磨损深度Δhj,n：式中，σj,n表示机床导轨副上第n个考虑的磨损点经历第j次相对滑动时的接触应力；得考虑载荷随机作用时的机床导轨副单点磨损深度hk,n：式中，k表示考虑的机床导轨副相对滑动总次数，hk,n表示机床导轨副上第n个考虑的磨损点经历k次相对滑动后的磨损深度；步骤1.2考虑载荷与速度影响的导轨副单点磨损深度方程同步骤1.1，考虑接触速度随时间变化：式中，dh表示机床导轨副上同式(1)所描述任意点的磨损深度h对时间t的微分，K表示该任意点的磨损系数，H表示该点的硬度，v表示该点的接触速度，σ表示该任意点的接触应力，t表示自从导轨副开始出现滑动的时间；对t积分，得考虑载荷、速度随机作用时的机床导轨副单点磨损深度方程：令一段时间Δtj内，接触速度v及接触应力σ为定值，求取该段时间的磨损深度Δhj,n，j表示在该段时间Δtj发生第j次滑动，n表示第n个接触点，求和得出该次滑动的磨损深度；则得Δtj时间内磨损深度Δhj,n：式中，vj,n表示机床导轨副上第n个考虑的磨损点经历第j次相对滑动时的接触速度，σj,n表示机床导轨副上第n个考虑的磨损点经历第j次相对滑动时的接触应力；得考虑载荷、速度随机作用时的机床导轨副单点磨损深度hk,n：式中，k表示考虑的机床导轨副相对滑动总次数，hk,n表示机床导轨副上第n个考虑的磨损点经历k次相对滑动后的磨损深度。步骤二基于随机原理，计算出考虑进给长度随机变化的机床导轨副最大磨损深度模型机床导轨副的整个运行过程，包括对刀、进给和退刀过程，进给过程中载荷相对较高且运行时间长，进给区域精度衰减最严重。现考虑导轨面进给区域的磨损对导轨精度的影响，而且认为该区域内进给过程和退刀过程的磨损作用相当。步骤2.1考虑进给长度随机分布，长度随机影响因子考虑进给长度随机变化，引入长度随机影响因子r。令导轨表面总体积磨损量为V，严重磨损区的体积磨损量为VS，考虑几何关系，由于理想状态磨损量与滑动行程呈正比，由此VS由总滑动距离L与严重磨损区滑动距离LS表示为：令lmax表示最大进给长度，lmin表示最小进给长度，N表示进给次数，由几何关系，及导轨运动特性可知：LS＝Nlmin(13)L＝Nlmin+Nr(lmax-lmin)(14)由此：r表示长度随机影响因子，与实际进给工艺过程有关，是一个随机变量，0≤r≤1，r靠近0表明进给长度分布趋向于小，r靠近1表明进给长度分布趋向于大。在实际工程应用中，r采用正态分布估计，则r＝0.5。步骤2.2考虑进给长度随机变化，计算机床导轨副最大磨损深度模型令hmax表示最大磨损深度，b表示导轨副接触宽度，由微分几何关系得：dVS＝dlmin·db·dhmax(16)令σ表示接触应力，P表示接触载荷，考虑Archard磨损模型P＝σ·dlmin·db，dL＝v·dt得：上式对t积分，得考虑进给长度随机变化的机床导轨副最大磨损深度模型：其中，hmax表示进给结束后的机床导轨副的最大磨损深度，lmax表示机床导轨副的最大进给长度，lmin表示机床导轨副的最小进给长度，r表示长度随机影响因子。K表示磨损系数，H表示硬度，v表示机床导轨副的接触速度，σ表示机床导轨副的接触应力。步骤三根据所述考虑载荷、速度单位作用时的机床导轨副单点磨损深度方程，代入考虑进给长度随机变化的机床导轨副最大磨损深度模型，计算出机床导轨副直线精度衰退计算模型，并根据所述精度衰退模型考虑机床工况对导轨副精度的影响。考虑机床导轨副直线精度原理，令机床直线度误差为A，代入考虑载荷、速度随机作用时的机床导轨副单点磨损深度方程及考虑进给长度随机变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种随机磨损工况下机床导轨副直线度衰退计算方法，其特征在于：该方法包括：S1、基于Archard磨损原理，计算出考虑载荷、速度随机作用时的机床导轨副单点磨损深度方程；S2、基于随机原理，计算出考虑进给长度随机变化的机床导轨副最大磨损深度模型；S3、根据所述考虑载荷、速度随机作用时的机床导轨副单点磨损深度方程，代入考虑进给长度随机变化的机床导轨副最大磨损深度模型，计算出机床导轨副直线精度衰退计算模型，并根据所述精度衰退模型考虑机床工况对导轨副精度的影响。

【技术特征摘要】
1.一种随机磨损工况下机床导轨副直线度衰退计算方法，其特征在于：该方法包括：S1、基于Archard磨损原理，计算出考虑载荷、速度随机作用时的机床导轨副单点磨损深度方程；S2、基于随机原理，计算出考虑进给长度随机变化的机床导轨副最大磨损深度模型；S3、根据所述考虑载荷、速度随机作用时的机床导轨副单点磨损深度方程，代入考虑进给长度随机变化的机床导轨副最大磨损深度模型，计算出机床导轨副直线精度衰退计算模型，并根据所述精度衰退模型考虑机床工况对导轨副精度的影响。2.根据权利要求1所述的一种随机磨损工况下机床导轨副直线度衰退计算方法，其特征在于：步骤一基于Archard磨损原理，计算出考虑载荷、速度随机作用时的机床导轨副单点磨损深度方程以考虑机床导轨副接触载荷与接触速度对导轨的影响为出发点，基于Archard原理与导轨受载状态，计算受载导轨磨损深度方程；随着接触载荷与接触速度的增大，导轨副上接触点的磨损深度会增大；步骤1.1基于Archard磨损原理的考虑载荷的导轨副单点磨损深度方程选定导轨为研究对象，基于Archard磨损原理可得：式中，V为导轨副上某任意点的磨损量，K为该任意点的磨损系数，P为该任意点的载荷，L为该任意点的滑动距离，H为该任意点的硬度；分析导轨的磨损点微分几何特征得：由微分几何关系得，dV＝dh·dAC，P＝σ·dAC，dL＝v·dt，式中h为导轨副上同式(1)所描述任意点的磨损深度，σ为该任意点的接触应力，AC为该任意点的接触面积，v为该任意点的接触速度，t表示自从导轨副开始出现滑动的时间；代入得：考虑接触应力随时间变化得：对t积分，得考虑载荷随机作用时的机床导轨副单点磨损深度方程：令一段时间Δtj内，接触应力σ为定值，求取该段时间的磨损深度Δhj,n，；j表示在该段时间Δtj发生第j次滑动，n表示第n个接触点，求和得出该次滑动的磨损深度；则得Δtj时间内磨损深度Δhj,n：式中，σj,n表示机床导轨副上第n个考虑的磨损点经历第j次相对滑动时的接触应力；得考虑载荷随机作用时的机床导轨副单点磨损深度hk,n：式中，k表示考虑的机床导轨副相对滑动总次数，hk,n表示机床导轨副上第n个考虑的磨损点经历k次相对滑动后的磨损深度；步骤1.2考虑载荷与速度影响的导轨副单点磨损深度方程同步骤1.1，考虑接触速度随时间变化：式中，dh表示机床导轨副上同式(1)所描述任意点的磨损深度h对时间t的微分，K表示该任意点的磨损系数，H表示该点的硬度，v表示该点的接触速度，σ表示该任意点的接触应力，t表示自从导轨副开始出现滑动的时间；对t积分，得考虑载荷、速度随机作用时的机床导轨副单点磨损深度方程：令一段时间Δtj内，接触速度v及接触应力σ为定值，求取该段时间的磨损深度Δhj,n，j表示在该段时间Δtj发生第j次滑动，n表示第n个接触点，求和得出该次滑动的磨损深度；则得Δtj时间内磨损深度Δhj,n：式中，vj,n表示机床导轨副上第n个考虑的磨损点经历第j次相对滑动时的接触速度，σj,n表示机床导轨副上第n个考虑的磨损点经历第j次相对滑动时的接触应力；得考虑载荷、速度随机作用时的机床导轨...

【专利技术属性】
技术研发人员：程强，任伟达，闫国彬，齐宝宝，刘志峰，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11