国产数控坐标镗床在制造业转型升级大环境下朝高端可靠化发展,对其关重件的设计及制造可靠性要求愈加严苛。产生于制造过程的残余应力随关重件服役时间释放致使其几何精度变化,是影响机床精度可靠性关键因素之一。目前机床残余应力分析大多用于时效处理评价,然而关重件残余应力与机床精度可靠性映射关系不明,导致残余应力消除标准无法量化的难题长期困扰着机床企业。为此,本文分析坐标镗床关重件残余应力分布,从关重件蠕变变形角度建立机床几何精度退化模型及评估机床精度可靠性,对调控优化现行关重件结构设计与制造工艺及提高坐标镗床的精度保持性具有较高的理论和工程意义。论文的主要研究内容有:(1)进行关重件制造过程中残余应力的连续仿真分析和试验跟踪检测。分析关重件铸造、粗加工、热时效环节残余应力有限元模拟与盲孔法试验的理论;对坐标镗床床身、立柱、滑板的铸造、一次热时效、粗加工及二次热时效制造过程残余应力进行连续数值模拟,获得坐标镗床关重件制造过程多工序残余应力变化规律。然后通过盲孔法试验分别对三个关重件四个制造环节中残余应力进行跟踪检测,并对比分析了残余应力仿真值和试验值,以验证有限元连续仿真的有效性。(2)仿真并分析坐标镗床关重件服役过程的蠕变。结合关重件的材料特性及其工作环境确定精密坐标镗床床身、立柱、滑板的蠕变本构模型,借助有限元软件分别对床身、立柱、滑板进行蠕变数值模拟,得到机床三大关重件服役两年后蠕变变形数值,并对关重件导轨面上的关键点位移变形随服役时间变化规律进行分析。(3)建立坐标镗床关重件几何精度退化模型。对机床性能退化一般规律进行分析,构建机床几何精度各时刻的退化数据统计模型,提出基于幂律模型的退化过程,并利用极大似然估计和最小二乘法进行参数估计。最后基于坐标镗床各相邻部件的装配关系,分别建立床身、立柱、滑板关重件导轨面变形与机床Z、X、Y几何精度的映射关系表征模型,并求得机床三直线轴几何精度退化轨迹。(4)评估多部件几何精度退化下的坐标镗床精度可靠性。以TGK4680坐标镗床为例,运用多体系统理论建立该坐标镗床空间误差模型。构建机床加工精度可靠度状态函数,采用Mento Carlo法求解该机床初始的空间加工精度可靠度均值,并基于关重件几何精度退化模型,求得服役期机床的空间精度及X、Y、Z轴运动精度可靠度呈幂律函数形式衰退。从而实现对机床精度可靠性的预测与评估。