三坐标测量机的热变形和神经网络误差补偿

研究了三坐标测量机独特的热变形,指出环境温度不是标准的２０℃时是主要误差影响因素,提出热变形误差和非线性和机器结构有关。描述了采用神经网络建模和补偿热变形误差的过程和方法,并给出了测量机综合补偿热误差的方法。     

考虑结构热变形的机床进给系统热误差研究

为系统研究精密机床进给系统热误差的形成机理及其影响因素，提出了一种考虑结构热变形的进给系统热误差建模方法。在考虑进给系统内生热源及冷却系统对丝杠螺母副的温升和丝杠热变形作用机制的前提下，同时考虑了进给系统内生热源对精密机床结构大件（床身、立柱、溜板）热态特性的影响规律。通过分析结构热变形引起的进给系统电机座和轴承座相对位置的变化，建立了综合考虑结构大件和丝杠热变形的进给系统热误差模型。以JIG630精密卧式加工中心为例，进行了考虑结构热变形和不考虑结构热变形的进给系统热误差建模与仿真分析，并开展了相应的测试验证实验。结果表明考虑结构热变形的进给系统热误差模型仿真值与实验结果具有更高的一致性。该建模方法对精密机床进给系统热平衡设计、热误差的控制与补偿具有重要参考意义。     

影响材料热膨胀系数的主要因素

材料膨胀系数的选用对精密机械热误差修正的结果好坏有着决定性的影响。在工程实际中,各种手册或工具书中提供的材料热膨胀系数均为在确定条件下的实验测得值,并且不同参考资料上同种材料的热膨胀系数有较大的出入。文章系统地分析了影响材料热膨胀系数的参考值的主要因素,指出热膨胀系数定义的差异,测量方法的差异。试样化学成分、加工方法和形体尺寸是影响参考值的主要因素。文章为在工程实际中选用恰当的材料热膨胀系数提供了依据。     

进给系统热变形对机床运动重复性误差的影响研究

为了分析进给系统热变形对机床运动重复性误差的影响，提出了一种基于分层模型-移动热源的进给系统热变形建模方法。将进给系统分为丝杠层和工作台层，将移动结合面等效为弹簧。采用实体单元和接触单元建立了有限元模型，在丝杠和导轨上施加移动热源，获得进给系统的温度场和热变形。在此基础上，分析了工作台进给速度、轴承预紧力矩和滑块支撑距离对机床运动重复性误差的影响，并进行了实验验证。研究表明，工作台进给速度和轴承预紧力距对机床运动重复性误差的影响较大，滑块支撑距离对机床运动重复性误差的影响较小。研究结果为在机床设计和装配中减小机床运动重复性误差提供了依据。     

星载抛物面天线热变形敏感性分析

热变形是影响星载天线精度的主要因素,分析影响星载天线在轨热变形因素的敏感性是控制其变形的基础.基于经典薄壳变形理论,采用一种曲线坐标系下的样条壳体单元,研究了不同太阳辐射角度下抛物面天线热变形均方根(RMS)对正交各向热传导系数的敏感性.为确定计算参数对抛物面天线在运行中变形RMS的影响,以运行一周中最大RMS(MRMS)为目标,基于正交试验方法分析了正交各向热传导系数、热膨胀系数、弹性模量和比热容对MRMS的敏感性.结果表明,在其所取水平条件下,热膨胀系数影响最大,热传导系数次之,弹性模量的影响较小,比热容最小.优化获得的参数为星载抛物面天线的复合材料铺层设计提供参考.     

回转体测量机温度误差分析及补偿

针对温度对回转体测量机测量精度所产生的影响,结合ANSYS软件仿真及数学计算的方法研究了回转体测量机受温度影响产生的热变形及测量误差,分析了回转体测量机温度误差的主要表现形式.建立了一个以测量架在x方向上的平移和在z方向的倾斜为基础的误差补偿数学模型.采用双环法对测量机温度误差进行了补偿,进行了对比测量实验,实验中分别测量工件上下两个参考圆环的参数,再利用提出的数学补偿模型公式得出工件自身的误差结果,继而对测量结果进行补偿.实验数据显示:温度误差补偿模型合理有效,测量机的重复性误差从100μm以上下降为16μm左右,提出的温度误差补偿模型可以有效降低温度对测量机测量精度的影响,经过误差补偿后的测量机可适用于温度变化环境下的测量.     

精密车削中心热误差和切削力误差综合建模

热误差和切削力误差是影响数控机床精度的最重要的两个误差源,误差补偿技术是一种消除机床误差经济有效的方法,而有效的误差补偿依赖于准确的误差模型。在对切削加工过程中的热变形和切削力分析的基础上,选取合理的参量,采用BP神经网络和PSO算法相结合的优化方法建立了热误差和切削力综合模型。BP-PSO建模方法改善了网络模型的收敛速度和预测精度。基于所建误差模型,对一台精密车削中心加工实时补偿后使得径向加工误差从27μm提高到8μm,大大提高了车削加工中心的加工精度,验证了模型精度。     

数控机床误差测量方法研究

分析了数控机床误差源,在此基础上对数控机床几何误差和主轴热变形误差的测量方法进行研究。该误差测量方法在机床工业研究中具有广泛的应用范围和通用性,对进一步提高数控机床的加工精度具有重要的研究意义。     

关节臂式坐标测量机热变形误差建模及补偿

建立了关节臂式坐标测量机(AACMM)结构参数热变形误差的运动学方程,研究了在实验温度约为20 ℃时关节臂式坐标测量机主要结构参数的温度变化规律和测量误差的变化趋势,建立了基于多元线性回归方法的热变形误差补偿模型并进行验证。实验结果表明:AACMM工作温度上升值最大可达3℃,测量误差随温度上升呈增大趋势,最大长度测量误差可达0.115 mm。实现了AACMM热变形误差补偿,平均测量误差从0.071 5 mm降到0.033 5 mm,在一定程度上提高了AACMM的测量精度。     

基于表面测温的关节轴承外圈加工热变形预测

针对关节轴承外圈加工热变形误差,本文基于多元线性回归原理建立了一套热变形误差预测模型。首先利用有限元仿真获得工件加工表面热变形与温度场数据,然后在此基础上利用多元线性回归方法建立工件表面加工节点热变形与选取的表面测温点之间的数学关系。此模型可有效消除加工过程中切削参数调整与边界条件不准确对热变形计算结果的影响。     

材料热膨胀系数的发展与未来分析

全面分析了材料热膨胀系数的发展过程及现状,指出了传统热膨胀系数以圆柱棒体为标准之不足,提出了以球体为标准试件的精确膨胀系数新概念及要解决的理论与实际技术问题.     

Thermal error regression modeling of the real-time deformation coefficient of the moving shaft of a gantry milling machine

This paper describes a novel modeling method for determining the thermal deformation coefficient of the moving shaft of a machine tool. Firstly, the relation between the thermal deformation coefficient and the thermal expansion coefficient is expounded, revealing that the coefficient of thermal deformation is an important factor affecting the precision of moving shaft feed systems. Then, thermal errors and current boundary and machining conditions are measured using sensors to obtain the first set of parameters for a thermal prediction model. The dynamic characteristics of the positioning and straightness thermal errors of the moving axis of a machine tool are analyzed under different feed speeds and mounting modes of the moving shaft and bearing. Finally, the theoretical model is derived from experimental data, and the axial and radial thermal deformation coefficients at different time and positions are obtained. The expressions for the axial and radial thermal deformation of the moving shaft are modified according to theoretical considerations, and the thermal positioning and straightness error models are established and experimentally verified. This modeling method can be easily extended to other machine tools to determine thermal deformation coefficients that are robust and self-correcting.The full text can be downloaded at https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2Fs40436-020-00293-3.pdf     

大面积高深宽比微结构硅片的热氧化实验研究

利用大面积硅片制作X射线光栅和硅基微通道板等都涉及硅的热氧化工艺。热氧化使具有高深宽比微结构的大面积硅片产生形变,严重影响了这些器件的应用。本文以5英寸硅片为例,研究了硅基微结构在热氧化过程中的变形问题,定性分析了产生形变的力学因素,提出了减小形变的氧化方法。首先实验制作了具有高深宽比微结构的硅片,采用不同的氧化方法,比较了变形的大小。结果表明,通过控制热氧化过程中的温度来控制热膨胀系数和在热氧化过程中施加外部热塑应力等方法能够有效地减小热氧化变形量。     

用热弯实验方法决定导电薄膜的热膨胀系数

研究了热-力载荷下薄膜/基板复合梁的弯曲问题,导出了薄膜的热膨胀系数与试样表面的温度和变形之间的关系式;提出一种测量导电薄膜的热膨胀系数的方法,并用热弯实验测SnO₂膜的热膨胀系数。      

Measurements of thermal expansion coefficient of phenolic foam at low temperatures

A dilatometer measuring thermal expansion coefficient at low temperatures is introduced. The thermal expansion coefficient of phenolic foam, a widely used thermal insulation material, was measured in the temperature range of 77-293 K by the dilatometer. The results showed that the thermal expansion coefficient of phenolic foam was very low in the tested temperature range with an error of about ±7.3%.     

不同添加剂对钛酸铝热膨胀系数影响的研究

钛酸铝是一种优异的高熔点、低膨胀无机非金属材料．为提高其强度、抑制其热分解,往往在钛酸铝中引入添加剂．本文研究了单一添加剂和复合添加剂对钛酸铝膨胀系数的影响．结果表明：引入少量的稀土元素氧化物能显著降低钛酸铝的热膨胀系数．引入1～4mol％CeO₂或2mol％La₂O₃可使钛酸铝的膨胀系数降至接近于零．这就为开发零膨胀材料提供了新的方法．在钛酸铝中引入1～4mol％Fe₂O₃,其膨胀系数保持不变．在含有4mol％Fe₂O₃的钛酸铝中再引入SiO₂,钛酸铝的膨胀系数增大,而加入另一种稀土元素氧化物则能降低其膨胀系数．三种添加剂的适当配比能将钛酸铝的膨胀系数调整至最小．这对于引入复合添加剂对钛酸铝的改性是很有意义的．     

正交各向异性材料结构热变形和热应力分析的无网格法计算模型及应用正交各向异性材料结构热变形和热应力分析的无网格法计算模型及应用

利用无网格伽辽金法（Element-free Galerkin,EFG）建立了正交各向异性材料结构热变形和热应力分析的计算模型,并推导了正交各向异性材料结构热弹性问题的EFG法离散控制方程。选择复合材料冷却栅管算例验证了计算模型和程序的正确性,利用该计算模型分析了具有不同材料方向角及热导率因子、热膨胀系数因子和主次泊松比因子的汽轮机叶轮,得到了其热变形总位移和Mises应力,讨论了材料方向角和上述正交各向异性材料因子对其热变形总位移和Mises应力的影响规律,给出了这些参数的合理取值范围,并选取一组参数与各向同性材料结构进行了热变形和热应力对比分析。结果表明,基于EFG法的热变形总位移和Mises应力的计算精度比有限元法高,材料方向角同时影响热变形总位移和Mises应力的大小和方向,而正交各向异性材料因子只影响热变形总位移和Mises应力的大小,不影响其方向。在复合材料结构设计过程中,合理选取材料方向角和正交各向异性材料因子可有效减小结构热变形和热应力。