熱變形誤差是影響機(jī)床加工精度的重要因素之一

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1、熱變形誤差是影響機(jī)床加工精度的重要因素之一，通過誤差補(bǔ)償?shù)姆椒梢蕴釐u機(jī)床的加工精度。研究了通過實(shí)時(shí)補(bǔ)償熱變形誤差提高數(shù)控機(jī)床加丁.精度的萬法，闡述了熱誤差的基本原理，介紹了熱誤差的測量方法。采川模糊聚類的方法來布置測溫點(diǎn)，利用多元線形回歸方法建立了機(jī)床熱變形與溫升之間的數(shù)學(xué)模型。在補(bǔ)償系統(tǒng)的作用下，4:加丄過程中對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明補(bǔ)償效果很好。數(shù)控機(jī)床熱變形誤差檢測數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償技術(shù)主耍包括如下叫項(xiàng)內(nèi)容：測溫點(diǎn)的選擇；誤差信號(hào)的測量；信號(hào)處理與建模；誤差的補(bǔ)償控制與執(zhí)行。可見熱變形誤差檢測主要包拈兩個(gè)方面的內(nèi)界

2、：一足測景數(shù)控機(jī)床上若干測溫關(guān)鍵點(diǎn)的溫升；二足測朵主軸在三個(gè)方h'd上的漂移:即是對(duì)機(jī)床誤差的測W:。測溫點(diǎn)的選擇與溫度測朵合理正確的選擇溫度測點(diǎn)冇利于我們進(jìn)行建模工作。木文首先采用模糊聚類的分析方法，對(duì)測溫點(diǎn)進(jìn)行分類，再通過回歸分析中的修正的復(fù)判定系數(shù)對(duì)溫度變S進(jìn)行優(yōu)化組合（由干機(jī)床熱誤差是由溫升引起的，所以這里我們選擇的溫度變呈為各測溫點(diǎn)的溫升），這樣既冇利滬減少測點(diǎn)的數(shù)量，乂避免了的誤差模型屮的變暈耦合，提高了誤差模型的精確性和魯棒性，保證了誤差補(bǔ)償模型的有效性。布置熱電偶傳感器測溫點(diǎn)的選擇-?般遵循如下原則：溫度傳感器的數(shù)景極

3、不少于內(nèi)部熱源的數(shù)景；傳感器應(yīng)盡量靠近熱源；為獲取最佳的傳感器個(gè)數(shù)和位置，初期的測量實(shí)驗(yàn)應(yīng)設(shè)置盡量多的測量點(diǎn),以保證不2：?失重要信總。根據(jù)對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的分析、熱源分布、熱景傳播、敏感部分等的理論分析和初少實(shí)驗(yàn)，在床身上比較重要的位置分布了個(gè)熱電偶傳感器測朵溫度，如閣8所示。熱電偶傳感器的位置與作用如表8所示。表?熱電1禺傳感器的4立笠矛CH乍用熱電偶傳姑器TZ2.、7^5TV位兩酋tf7S4^.4tti-1由孓冷屯動(dòng)機(jī)作用主軸發(fā)熱主軸發(fā)熱電動(dòng)機(jī)發(fā)熱熱誤差的測量系列加工中心主要是由主軸箱，立柱，工作臺(tái)和機(jī)床電氣部分組成。加工中心是全閉環(huán)

4、系統(tǒng)，三軸運(yùn)動(dòng)誤差由光柵尺的補(bǔ)償作川被消除，主要變形誤差是由主軸箱和主軸變形產(chǎn)生的。主軸箱箱體紂料為灰鑄鐵，軸承外套和主軸材料為45鋼，軸承內(nèi)外圈材料為軸承鋼。因此在機(jī)床運(yùn)行時(shí)，由于各種材料的膨脹系數(shù)不同，軸承在徑I⑺和軸M產(chǎn)生的熱變形增加了軸承的預(yù)緊力，使摩擦力增人，摩擦產(chǎn)生的熱fi也增加。發(fā)熱fi的急劇增加使得主軸和主軸箱變形跫也急劇增加。機(jī)床熱誤差是由干在機(jī)床內(nèi)外熱源的作用下，刀ft相對(duì)干工件產(chǎn)生熱位移造成的。系統(tǒng)熱變形參數(shù)的測量主要釆川五點(diǎn)法，即在主軸上安裝標(biāo)準(zhǔn)芯棒，在yzzx下?面分別安裝兩個(gè)間距為的千分表，在平面安裝一個(gè)千

5、分表。在芯棒端面安裝一個(gè)千分表,其布局如閹所示。在機(jī)床未升溫狀態(tài)調(diào)整好千分表的讀數(shù)，對(duì)芯棒初始位置進(jìn)行測堂，作為葙準(zhǔn)參考值。然盾機(jī)床以一定的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，每隔一段時(shí)間對(duì)千分表進(jìn)行讀數(shù)，并記錄數(shù)據(jù)。在新狀態(tài)下的測景值相對(duì)于參考值的變化反映了機(jī)床的熱漂夥，從所測熱漂移景可以得到各方向上的熱誤差。?為測位貨和?＞泛)是r分及泉z1機(jī)床h測溢點(diǎn)布置及丁分表的布置示意記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2和圖3所示。3020直01357911131517192123采集次教可W20minM一次》v賴夜形垣實(shí)湖Z軸漂移示意罔1234567891O111213141516

6、17果旗次數(shù)(每問陶20rniri測一次》hFl2羊卜償前Y軸熱BS發(fā)1201OO80604020O閣3補(bǔ)償前Z軸熱識(shí)若熱誤差補(bǔ)償模型的建立方法多元線性回歸多元線性回歸是利用統(tǒng)計(jì)方法尋求多輸入和單輸fli關(guān)系的模型。A熱變形怙況下，W以得到一組表達(dá)多點(diǎn)測M溫度輸入和一個(gè)方h'd位移輸出關(guān)系的線性關(guān)系，因?yàn)闊嶙冃问嵌喾矫娴模悦總€(gè)方向可以分別獨(dú)立求得一組系數(shù)。各個(gè)方向合在一起，即可得到的多輸入多輸ry=+/8.X,+p2x2+??-4-/3yXy+e出模型。多元線性回歸的數(shù)學(xué)模型為0,62)y—Mo+O丨比丨—+辦2^2—X2J相應(yīng)的

7、回歸方程為…+/，，，&,,-Sw)模型的建立機(jī)床的溫度場是連續(xù)并.FI.隨時(shí)間變化的，必須通過測雖溫度場中冇限個(gè)點(diǎn)的溫度，將溫度場離散化，卯且利川溫度傳感器測景得到t.川五點(diǎn)法來測景芯軸的熱誤差，分別為€巾于機(jī)床熱變形情況比較復(fù)雜，可利用多元線形1叫歸，通過多個(gè)溫度測點(diǎn)的線形組合來表示熱變形與溫度之間的關(guān)系凼于軸方向的誤差很小，可以不考慮。根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測數(shù)據(jù)，建立、軸熱誤差模型為：時(shí)間，熱誤差，為了驗(yàn)證熱誤差的補(bǔ)償效果，進(jìn)行補(bǔ)償后機(jī)泳實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，機(jī)床誤差補(bǔ)償效果很好，、軸方句上的誤差都減小。K流程如圖7所示。*的Jrt卜時(shí)阿/mi

8、n4熱誤差的m合個(gè)育^已050501-1Is補(bǔ)稔f的y軸熱謀若次-C6補(bǔ)償后的Z軸熱誤差050505211-

9、PLC樸供系統(tǒng)1

10、數(shù)挽系統(tǒng)補(bǔ)償

11、閉7補(bǔ)償執(zhí)行流程間具體實(shí)現(xiàn)如下：在機(jī)床上采集1點(diǎn)和3點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，利川多元回歸