干切滚齿机热变形误差模型及其误差补偿技术研究

针对YDE3120CNC干切滚齿机床,运用热传导形成温度梯度原理、金属材料热膨胀原理、材料力学中梁的伸长和弯曲变形理论基础,分析了该机床热变形误差,并提出了一种滚刀与工件主轴相对位移热变形误差数学模型。在此基础上研制了一套用于干切滚齿机热变形误差补偿系统,利用该系统从间接和直接的角度测量出滚刀与工件主轴相对位移,然后进行热变形误差补偿实验。通过该实验,验证了该机床热变形误差数学模型的正确性及可靠性,为干切滚齿机床在线热变形误差检测及补偿打下了基础。     

重型数控机床热学模型及热误差补偿技术研究

研究了重型数控机床主轴系统温度场及主轴热变形误差,分别测试了机床不同工况下的温升情况及主轴三个方向上的热变形。基于测试数据获取了机床主轴热变形的变化规律,并建立起了机床的热误差建模预测模型,针对西门子840D系统的补偿模块,应用预测模型实现对热误差的补偿并进行了实验验证。     

基于ANSYS Workbench的机床热结构与热平衡分析

机床热误差是影响机床加工精度的主要因素,目前对热误差的控制主要采取补偿的方法,即通过采集机床热平衡时的温度以及热变形误差来建立数学模型,实现热误差的补偿。通过对XK7132数控铣床进行热边界条件分析,提出了利用ANSYS Workbench软件对机床整机进行稳态热结构分析以及对主轴进行热平衡分析,得到了机床的稳态热变形及主轴温升平衡曲线。由分析结果可知,稳态热变形主要发生在主轴的X轴和Z轴方向,而达到热平衡时所需时间大约为40～50 min,为机床热误差补偿时传感器的布置提供了理论依据。     

基于指数函数的机床主轴热误差补偿模型

在对机床主轴进行热特性分析的基础上,建立了基于指数函数的机床主轴轴向热误差补偿模型。该热误差补偿模型建模时间短、资金成本低,能够方便快捷地应用到工厂生产环境中。通过实验获得不同转速下的主轴轴向热变形数据。使用回归分析和最小二乘法建立了稳定状态下主轴轴向变形量和时间常数的估计方程,进而建立了基于指数函数的热误差补偿模型。该模型可以预测不同转速下主轴的轴向变形量。通过实验证明了该热补偿模型在机床主轴恒速运转和变速运转两种工况下均具有较高的精度。     

机床主轴系统热变形分析与实验研究

对机床主轴系统的发热与变形情况进行理论与实验研究。对主轴系统进行受力分析,建立三维模型。运用传热原理对机床主轴系统的温度场进行有限元热特性分析,得出机床主轴高速运转下的热变形的仿真结果,机床主轴系统最右端轴向伸长3μm,上翘9.1μm。在此基础上开展实验,借助红外温度传感器与位移传感器测得机床主轴系统的热变形,验证了有限元分析得合理性,为下一步的机床热误差补偿提供必备的条件。该机床主轴系统的热变形在径向和轴向的差别较大,后续热误差补偿应主要考虑径向变形。     

基于RBF神经网络的主轴热变形实时测量与研究

运用RBF神经网络理论建立机床主轴热误差数学模型,首次采用API主轴测量系统对150MD24Y16型电主轴进行了热变形实时测量.实验结果表明,所测主轴热变形沿Z轴方向最大,在主轴转速1 000 r/min的条件下,约为43 μm,并依据国际标准对主轴进行了24 h测量,为后期有限元分析和实时补偿提供了实测数据和经验保障.     

卧式数控机床主轴温度场分布及对机床热变形的影响

分别应用红外热像仪测温技术和激光测距技术对机床温度场和机床热误差开展研究.着重分析三轴卧式数控机床的温度场分布、机床运行中的热行为以及两者之间的联系.经试验发现,主轴热误差是数控机床的主要误差源之一,主轴热误差与机床运行中的温度分布有紧密联系,主轴各方向变形量呈现出随主轴温度升高而明显增大趋势,并且主轴Z方向的伸长量远大于X和Y向的变形量.提出通过改善冷却和散热条件而降低主轴温度,以达到有效控制主轴热误差以及建立热变形补偿模型实施补偿等措施,经验证热变形改善效果明显.     

数控机床主轴热变形伪滞后研究及主轴热漂移在机实时补偿

为研究数控机床热变形规律,实现数控机床误差在机实时补偿,进行数控机床主轴热变形理论及试验分析,结果表明,数控机床主轴热变形与主轴温变在距热源约1/3位置存在近似线性关系,即主轴热变形存在伪滞后现象,这一结果为数控机床测温点优化布置及热误差鲁棒建模提供理论依据。为验证机床热变形伪滞后现象,对VM850加工中心主轴热漂移误差在机实时检测并建模,通过自主研发数控机床误差在线实时补偿系统对主轴热漂移误差进行实时补偿,经补偿,机床主轴热漂移误差减少90%以上,有效提高了数控机床主轴精度。     

一种龙门铣床误差实时补偿方法

龙门铣床广泛应用于航空航天领域大型零件的精密加工,其几何与热误差均对加工精度有显著影响。本文基于西门子840D数控系统内置的补偿接口,以及作者提出的大型机床的关键误差分析、辨识及建模方法,在建立好的主轴热误差及主进给轴的几何与热综合误差数学模型的基础上,提出了一种大型龙门铣床主轴及进给轴多项主要变形的补偿方法,开发了相应的补偿系统,并实现了主轴热误差和主进给轴(x轴)综合误差的实时控制补偿,验证了该方法的有效性。     

主轴热误差前瞻预测模型

为消除主轴热误差对加工质量的影响,以某精密卧式加工中心为研究对象,利用智能温度传感器和位移传感器检测机床温度值和主轴热变形,基于主轴温度场准静态假设建立了主轴温度一热误差模型.为优化数据性能,改善补偿系统动态品质,选取灰色理论建模,通过建立温度新陈代谢预测模型,消除了温度检测和补偿实施的时差影响,最终实现主轴热误差的前瞻预测.研究结果表明,该模型计算量小,预测精度高,可用于稳定加工中的热误差实时预测.