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滚动导轨是数控机床中的一种典型可动结合部,是数控机床的薄弱环节。滚动导轨的静态特性对机床整机精度影响很大,研究表明结合部刚度可占机床总刚度的60%~80%。然而国内许多滚动导轨设计厂商对滚动导轨结构参数设计时经常采用经验和类比的方法,缺乏一套针对滚动导轨静态特性的结构参数设计方法,其中不确定性因素是影响其发展的关键因素。对此,本文进行滚动导轨静态特性不确定性分析,研究各个不确定性因素对导轨静态特性的影响规律。并建立静态特性稳健性优化模型,通过求解此模型可对导轨的结构参数进行合理优化,提高导轨综合静态特性并降低不确定因素对导轨静态特性的影响。具体工作内容如下:(1)基于赫兹接触理论建立了滚动导轨赫兹接触下的五自由度静刚度模型;给出了滚动导轨非赫兹接触状态下的静刚度建模方法-基本方程法,基于此建立导轨非赫兹接触下的五自由度静刚度模型;进行了滚动导轨摩擦特性分析,研究预紧力、密合度和外载荷对摩擦特性的影响规律。(2)给出了滚动导轨中的不确定变量,包括直线度误差、外载荷和弹性模量。用小位移旋量理论和蒙特卡洛模拟结合法描述直线度误差,用区间理论描述外载荷和弹性模量。基于静刚度模型研究单一不确定变量对滚动导轨静刚度的影响规律,确定滚动导轨静态特性稳健性优化时需考虑的不确定变量为滚道直线度误差和导轨弹性模量。最后研究了预紧力和直线度对滚动导轨不确定性静刚度的影响规律。(3)以滚动导轨y向静刚度均值、y向静刚度区间和导轨摩擦力为优化目标,y向静刚度分布标准差为约束,滚动体直径和预紧量为优化变量,建立考虑不确定直线度误差和弹性模量的滚动导轨静态特性稳健性模型。为提高计算效率,采用拉丁超立方采样法在不确定变量和优化变量组成的向量空间内抽取10000组设计点并求解各设计点优化目标、约束函数值。最后采用便于获得显示表达式的响应面模型构建了优化目标和优化约束关于不确定变量和优化变量的响应面模型。(4)建立了确定性状态滚动导轨静态特性优化模型,并采用复合形法对优化模型进行求解,获得了最优的滚动体直径和预紧量。采用嵌套粒子群算法对稳健性优化模型进行求解,内部循环界定不确定变量对导轨y向静刚度的影响,外部循环对优化变量进行寻优。稳健性优化结果与确定性优化结果对比可知:在滚动导轨静刚度提高4.5%的前提下,稳健性优化结果的摩擦力减少了17.7%,且刚度稳健性较好。