高端装备制造业的快速发展对数控机床的加工精度提出了更高的要求,在数控机床的设计阶段,实现加工精度的预测是保证零件质量可靠性的重要手段。建立加工精度预测模型时,传统的建模方法广泛采用单一系统独立建模的形式,这种设计方法不仅不能保证机床整机的可靠性,而且未考虑各子系统之间的耦合因素。本文利用集成建模方法建立了机床多系统耦合条件下的加工精度预测模型,基于预测模型分析了系统参数与加工误差之间的关系。本文具体的研究内容如下:首先,利用ANSYS建立了机床基础结构件的有限元模型,通过模态缩减法降低了有限元模型的自由度数量。针对模型的系统矩阵与低阶转换矩阵的维数高且计算复杂,利用有限元模型获取了系统的频响函数,通过提取频响函数在指定坐标处的固有模态辨识出传递函数矩阵,并在MATLAB/Simulink中建立了基础结构件的状态空间方程,减小了模型的计算复杂程度。接着,利用集中参数法建立了伺服系统的参数方程,并利用状态空间法将伺服系统的机电耦合参数方程转换为状态空间方程,以更好地描述机电耦合系统内部变量与输入/输出之间的关系。之后将基础件状态空间方程与伺服系统状态空间方程进行耦合建立了机床整机动力学模型,通过仿真验证了模态缩减模型的可靠性。在此基础上,针对切削过程中主轴-刀具系统的耦合影响,建立了微元切削力模型;考虑了铣削过程中由刀具跳动、结构振动和进给驱动振动的影响,建立了瞬时未变形切屑厚度理论模型;根据微元切削力与瞬时未变形切屑厚度之间的线性关系,建立了圆柱铣刀的瞬时切削力模型;由于刀具安装到主轴后存在偏置问题,建立了主轴-刀具系统的偏心模型;最后基于切削力动力学模型分析了切削力多频激励情况下的影响。然后,利用集成建模法在Simulink中将机床整机动力学模型、切削力模型和主轴-刀具系统模型按照数控机床的实际组合关系搭建了仿真模型,确定了仿真系统的评价指标,利用激光干涉仪测试了机床的响应情况,并与仿真结果对比验证了集成预测模型响应特性的合理性。最后,通过圆台工件切削实验验证了多系统耦合条件下加工精度集成预测模型的准确性,基于集成预测模型分析了控制增益值、进给率、主轴转速、轴向切深等不同切削条件与圆台工件切削误差之间的关系。