机床滚珠丝杠进给系统热误差研究现状与发展趋势

机床的热误差已成为影响机床工作性能的最主要因素之一,滚珠丝杠作为机床进给系统关键部件,其热变形直接影响着机床的加工精度。因此,对滚珠丝杠进行热误差控制与补偿十分重要。过去几十年里,国内外学者对滚珠丝杠进给系统热误差研究可以分成三部分内容:热特性研究,热误差建模和热误差补偿。先通过滚珠丝杠热特性分析获取必要的参数,然后以此为基础进行合理的热误差建模,最后进行热误差检测及其补偿。以此为脉络展开,分别探讨了三部分内容国内外的研究现状以及存在的优缺点,并对未来的研究趋势进行了展望。     

滚珠丝杠副热变形模型理论分析及其对定位精度影响的试验研究

在高速运行条件下,滚珠丝杠的温度迅速上升产生热变形从而影响了滚珠丝杠的定位精度,为了探究滚珠丝杠的热变形和滚珠丝杠副定位精度之间的关系,通过能量守恒定律和热对流原理建立了滚珠丝杠副温升模型以及热变形模型,并且通过高速滚珠丝杠副综合性能试验台与激光干涉仪测试出国内某厂家P3级精度的滚珠丝杠副稳定温升以及不同运转时间后的定位精度,与理论模型进行比较,验证了此模型的准确性,为丝杠的热变形误差补偿提供了依据。     

基于有限元法的高速空心滚珠丝杠系统热特性仿真

以ANSYS热分析模块为工具,对高速空心滚珠丝杠系统的热态特性进行仿真,得到该滚珠丝杠系统的温度场和热位移。在分析结果的基础上,提出了改善高速空心滚珠丝杠系统热态特性的措施,为高速空心滚珠丝杠系统的设计和热变形误差补偿提供参考。     

龙门加工中心丝杠组件热态性能与温度场实验研究

龙门加工中心丝杠热变形是影响机床加工精度的重要因素。为减小丝杠热变形对机床加工精度的影响,以丝杠的实际工况为基础,建立了丝杠温度场及热-结构耦合分析模型,运用有限元分析法获得了丝杠表面的温度场分布及丝杠重力和进给方向的热变形规律。运用M7500红外摄像仪进行了丝杠温度场实验,验证了一定时间段内温度场分析的准确性,并结合实验对仿真参数进行修正,提高了温度场仿真分析的准确性,为丝杠进给过程中控制系统的热误差补偿和整机润滑散热系统的结构改进提供了理论依据。     

滚珠丝杠副综合测试平台定位误差研究

对滚珠丝杠副综合测试平台进行误差分析,以期达到对滚珠丝杠副综合测试平台进行精度评价和误差补偿。主要从影响测试平台定位误差的系统刚度和热变形两个方面进行分析,改进了之前滚珠丝杠副力学模型和热分析模型,将用改进的计算模型计算的定位误差与实验测量结果进行对比,验证了新计算模型的有效性。这为未来滚珠丝杠副综合测试平台的误差计算提供了新的有效方法,具有较好的应用价值。     

龙门加工中心滚珠丝杠传动系统的温度场和热变形分析

龙门加工中心滚珠丝杠热变形是机床误差的重要原因之一.根据企业龙门加工中心丝杠传动系统的实际工作状态,建立了丝杠支座温度场和热变形的ANSYS分析模型.通过施加移动热载荷,在ANSYS中求解了丝杠的温度场和热变形,获得丝杠表面温度场分布趋势以及丝杠进给方向的热变形变化情况,在此基础上提出相应的改进建议,为机床优化设计和提高机床的加工精度提供了依据.     

预紧力作用下滚珠丝杠温升的理论分析及试验研究

滚珠丝杠的温升直接影响其使用的精度,通过误差补偿技术可以解决这一问题,为了研究预紧力作用下丝杠的温升情况,通过摩擦生热和热对流原理建立了计算滚珠丝杠副温升的理论模型,探究了丝杠温升与预紧力的关系。将通过该模型计算的不同预紧力下的理论温升,与试验测得的试验温升进行对比分析,试验结果证实了该计算模型的正确性。该模型对于滚珠丝杠在使用中的热变形误差补偿具有十分重要的意义。     

雕铣机运动部件温度动态检测及误差补偿系统

热变形是影响机床精度的主要因素之一.本文采用了将高速雕铣机丝杠的热变形误差值加入到执行数据中,通过修改G代码而实现热变形误差的补偿.经实际生产应用表明:该方法既不影响机床的高速性能,又能使机床的精度得到较大幅度的提高.     

卧式加工中心热变形控制与热误差补偿技术研究

从减少发热、控制温升、热误差补偿3个层次对卧式加工中心产品的热变形控制与热误差补偿技术进行了研究。第一层次从高精度功能部件的选用和润滑技术两方面研究减少机床的发热;第二层次从主轴温升控制、中空丝杠温升抑制、结构基础件温度控制等方面研究了冷却在控制关键部件的温升和均衡温度场中的作用;第三层次从数据采集、分析、建模等方面研究了热误差补偿技术。提出的各个层次控制热变形及热误差的具体技术和措施在实际产品中获得了应用,取得了优良的应用效果。     

旋风硬铣滚珠丝杠温度场仿真

滚珠丝杠是数控机床、精密仪器和仪表等设备的关键零部件.旋风铣削是一种新型高效的螺纹制造技术.论文以传热学为基础研究了滚珠丝杠旋风硬铣过程中的内部热传导方程,给出 ANSYS 仿真结果,仿真结果表明丝杠表面与内部的温度分布规律是一致的.分析了影响温度分布的因素,为滚珠丝杠旋风硬铣过程中热变形误差的补偿提供了基础.     

基于华中8型数控系统的热误差补偿技术研究

为满足机床精度要求,提出有传感器热误差补偿方法.详细介绍了热误差补偿原理,通过测试对比和数据分析,对机床的热误差问题进行实验研究.依据统计数据得出结论,将结论及方法应用于数控系统中,对数控系统热误差补偿模块进行完善.结果表明:传感器热误差补偿方法可以解决机床热误差造成的精度问题,广泛应用于机床质量检验.     

数控车床热误差建模与补偿研究

数控机床热变形引起的误差通常占到总体误差的40%~70%。以某公司生产的某型卧式数控车床为研究对象,检测主轴热误差和X进给轴热误差,基于最小二乘法对该机床主轴X、Y、Z向和X进给轴分别建立热误差模型。考虑到实测环境温度相对参考温度20℃时滚珠丝杠伸长的因素,对主轴热误差实测值进行了修正。根据主轴X向修正后的热误差模型和X进给轴热误差模型建立了X轴综合热误差模型,并采用西门子840D系统进行了热误差补偿试验,热误差降低了54.5%,CP值由1.34提升至1.88,证明此该建模与补偿方法有效、可行。     

机床热误差补偿群控系统研究

为提高热误差补偿精度和实现热误差补偿群控,提出了一种车间机床热误差补偿群控方法,采用分布式采集、补偿控制以及集中式建模计算,有效提高了采集端的扩展性,充分利用了服务端的高性能。基于CAN总线,构建了机床状态信息采集平台,结合PSO-BP神经网络进行了热误差建模研究,开发了热误差补偿群控系统,开展了机床状态信息采集监控及误差补偿实验。实验结果表明:该系统具有较好的扩展性,适应多类型机床信息采集与交互;热误差补偿群控模型有效提高了机床定位精度,具有较好的工程应用前景。     

基于神经网络系统的滚珠丝杠热误差建模

在追求高精度加工的现代数控系统中,热误差的消除具有重要的意义.文章首先简述了神经网络系统的特性及训练方法,成功地将神经网络模型应用于对数控机床直线进给系统的热误差进行建模,并取得了预期的成果,使最大预测误差降低到2μm,为进一步的热误差补偿奠定了基础.详细阐述了实际建模流程,根据训练数据的具体特征提出了一种新的数据预处理方法,使这些数据能更有效地应用于模型训练,是论文的一个创新点.     

精密加工中心直线轴复合误差建模研究北大核心

为提高精密机床加工精度,针对直线轴几何误差与热误差两类重要误差项进行分析,并提出一种复合定位误差建模方法。首先对两端固定式丝杠进给系统的热误差机制进行分析,建立正弦函数误差表达式,利用有限元法提取丝杠表面温度并作为输入量代入到热误差模型中。利用切比雪夫多项式建立静态几何误差预测模型。将两模型叠加,得到复合定位误差模型。对精密加工中心直线轴进行检测实验,实验值与预测模型对比后发现预测精度达到85%以上,验证了复合误差模型具有较高的预测精度,为直线轴定位误差补偿提供了参考。     

Statistical optimization and assessment of a thermal error model for CNC machine tools

The objective of a thermal error compensation system for CNC machine tools is improved machining accuracy through real time error compensation. The compensation capability depends on the accuracy of the thermal error model. A thermal error model can be obtained using an appropriate combination of temperature variables. In this study, the thermal error modeling is based on a correlation grouping and a successive linear regression analysis. During the successive regression analysis, the residual mean square is minimized using a judgement function, which, although simple, is effective in the selection of variables in the error model. When evaluating the proposed thermal error model, the multi-collinearity problem and computational time are both improved through the correlation grouping, and the linear model is more robust against measurement noises than the engineering judgement model, which includes variables with higher order terms. The modeling method used in this study can be effectively and practically applied to real-time error compensation because it includes the advantages of simple application, reduced computational time, sufficient model accuracy, and model robustnesss.     

精密卧式加工中心主轴轴向热误差补偿方法

热误差是精密机床最主要的误差源之一。主轴是机床的关键部件,其热误差直接影响机床的加工精度。文章以某型号精密卧式加工中心主轴为对象,对其温度场和热变形进行了仿真分析。根据仿真结果发现主轴轴向热变形更严重,并结合机床结构确定温度传感器布置位置。在此基础上,对不同转速下主轴部分位置温度和轴向热误差进行现场测试。运用最小二乘法建立热误差补偿模型,直接结合机床FANUC数控系统实施主轴轴向热误差补偿。经实验验证,补偿后主轴轴向热误差减小了85%以上。     

基于神经的数控加工热误差补偿

本文提出了一种基于神经网络的数控加工热误差补偿系统，该系统根据测出的数控加工机床的相关结构的温度值，进行实时地热误差补偿，介绍了该方法的原理，阐述了该系统的建立过程及有关技术的处理。     

Thermal error measurement and modelling in machine tools. Part II. Hybrid Bayesian Network—support vector machine model

Prediction accuracy of machine tool thermal error significantly depends on the structure of the error model. Machine tool thermal error varies considerably depending upon the specific operating parameters adopted. Most error models developed thus far generally employ neural networks to map temperature data against thermal error. However, it is very important to account for the specific conditions as well within the model. This paper presents a hybrid Support Vector Machines (SVM)–Bayesian Network (BN) model that seeks to address this issue. The experimental data is first classified using a BN model with a rule-based system. Once the classification has been effected, the error is predicted using a SVM model. The hybrid thermal error model thus predicts the thermal error according to the specific operating conditions. This concept leads to a more generalised prediction model than the conventional method of directly mapping error and temperature irrespective of conditions. Such a model is especially useful in a production environment wherein the machine tools are subject to a variety of operating conditions.     

加工中心主轴热误差实验分析与建模

以TH6350卧式加工中心为对象，构建了一套基于虚拟仪器系统的温度场和主轴的各项热误差。运用多元回归分析方法建立了加工中心主轴的热误差模型，采用模型聚类分析方法和逐步回归方法对模型进行了分析和优化，并提出了基于PC的误差补偿策略。