精密轴系是精密主轴系统的简称,是数控机床及精密测量仪器的重要组成部件之一。精密轴系的回转精度决定了机器、设备的性能及价值,随着超精密加工技术及测控技术的发展,要求精密轴系具有更高的回转精度,对精密轴系的回转精度进行建模与分析是轴系精度设计过程中必不可少的一步,对提高精密轴系精度具有重要意义。本文以精密轴系结构为研究对象,提出了基于矢量表示的零件几何特征精度建模方法,建立了静态联接结构几何误差映射的有限元分析模型和轴承-轴系回转精度分析模型。以光电编码器轴系结构为例,建立了轴系回转精度的矢量表示模型并对其进行精度分析。(1)对几何特征精度模型中的特性矢量作出定义,建立平面要素、圆柱面要素的形状公差、方向公差和位置公差的矢量表示及公差约束不等式。简述了精度模型中的坐标变换并分别建立了精密轴系结构中转轴与轴套的几何精度模型。(2)对精密轴系结构中的静态联接结构进行分析,建立描述圆柱面、圆环平面几何形状的矢量方程。建立静态联接结构几何误差映射分析的有限元模型,并采用节点偏移法模拟零件表面的几何误差,研究转轴与轴承内圈的过盈联接结构及安装定位面与轴承端面的平面联接结构对轴承沟道的几何误差映射。以深沟球轴承沟道各轴向截面最小二乘拟合轮廓的曲率中心及曲率半径表述沟道的几何形状,并提出了沟道形状误差的评定方法。研究分析了不同的轴承装配参数对轴承沟道映射误差的影响关系。(3)以深沟球轴承为研究对象,分析轴承回转精度的影响因素并介绍了轴承回转过程中的运动几何关系。从深沟球轴承内部滚珠与内外圈沟道的接触状态入手,考虑轴承元件的几何误差及内部结构参数,建立轴承回转精度分析模型。分析研究不同影响因素对轴承回转精度的影响,并建立表征轴系回转精度的坐标变换矩阵。(4)简要介绍了光电编码器及其原理,建立了光电编码器轴系回转精度的矢量表示模型。以轴系零件设计精度为基础,利用蒙特卡罗模拟法对装配后轴系回转精度进行分析,并研究关键几何特征误差对轴系精度的影响系数。