主轴热误差的数值建模分析

数控机床逐渐向高精度、高速度、精密化、智能化方向发展。机床的精度直接影响了工件的加工精度。以测量加工中心主轴系统的温度场和热误差数据为基础,采用五点法测量了加工中心主轴系统的温度场和热误差数据,用偏最小二乘回归方法建立了两者的多元线性回归模型,并对各个测温点的温度变化与主轴热误差之间的量化关系进行了定性研究。经研究分析,该模型具有较强的预测能力和较为理想的精度,可以满足加工中心热误差实时补偿的需要,也可作为机床设计和制造的参考依据。     

数控立式加工中心主轴热变形测试与建模研究

热误差是影响数控立式加工中心制造精度的主要因素,机床主轴热变形是机床热误差的主要来源。针对传统机床主轴热变形单因素建模的不足,测试了某立式加工中心在几种转速工况下的温升及Z轴热变形,对测试数据进行了分析与处理,作出了在几种工况下主轴热变形与时间的关系曲线。对主轴热变形做了二元线性回归分析建模,以及人工神经网络建模,通过对比这两种方法建模的误差,表明神经网络建模优于二元回归建模。     

基于刀具偏转的机床主轴径向热误差的建模预测方法

为了有效地解决刀具实际加工位置对机床主轴径向误差的影响,提出了一种基于刀具偏转的机床主轴径向热误差建模预测方法。以立式加工中心HNC715主轴为研究对象,利用主轴分析仪对主轴径向热误差进行了数据采集,在分析了机床主轴径向热误差的数据后进行了线性回归分析,构建了不同转速下检测棒上下端径向热误差模型。通过对刀具偏转原理与检测棒上下端径向热误差模型进行分析,提出了机床主轴径向热误差综合建模方法,并对该方法进行了实验验证。验证结果表明:该机床主轴径向热误差综合建模方法有效且预测精度高。     

XH718加工中心的热误差补偿研究

在分析某XH718加工中心主轴及主轴箱结构和热源的基础上,在主轴箱上初步选择多个测温点,根据测温点温度和主轴热误差的数据,应用模糊聚类分析和相关性分析对测温点进行了优化,确定最小数量的关键测温点。然后应用多元线性回归理论建立了关键测温点的温升和热误差的数学模型。数学模型在加工中心上补偿后的数据表明,可以在很大程度上改进加工中心的精度,达到了客户需要的精度要求。     

精密数控机床主轴热伸长补偿技术研究

针对目前精密数控机床热误差补偿问题,在基于主轴热误差测量系统的基础上,提出一种基于FCM聚类、多元线性回归的热误差补偿模型。通过对某卧式加工中心主轴恒定转速和变速工况下进行温敏点测量,建立关键温敏点与机床主轴热伸长的几何关系,通过补偿结果和切削试验表明该方法可以有效地降低主轴热伸长误差,提升零件的加工精度。     

侧挂式主轴系统热特性仿真分析

以昆明机床股份有限公司某型精密卧式加工中心的主轴及主轴箱为研究对象,采用有限元方法对不同工况下主轴及主轴箱的瞬态温度场和热变形进行了仿真计算,得到了相应的热误差,并分析了主轴转速和镗杆伸出长度对主轴系统热误差的影响。     

立式加工中心主轴热误差的实验与分析

主轴是立式加工中心最精密最核心的零件之一。主轴内轴承长时间工作会产生大量的热能,导致主轴发生热变形,进而影响被加工零件的精度。以某型号高速钻铣立式加工中心主轴系统为研究对象,对主轴进行了热位移实验,得到了主轴的温度分布和X、Y、Z三方向的热变形位移,进而分析得出了主轴热位移对加工精度的影响,为主轴的热误差补偿提供了依据。     

基于ANSYS的主轴热变形建模与分析

以CX8075立式车铣复合加工中心主轴为研究对象,确立了热边界条件,计算了主轴的发热量,建立了主轴的三维数字化模型,利用有限元法研究了稳态温度场分布,得出了主轴的热变形,分析了主轴的热变形原因,奠定了主轴热变形加工误差补偿的理论基础.     

多变量电主轴热误差预测模型与补偿实验研究

为解决加工中心电主轴的热误差补偿问题,建立适用性更强的电主轴热误差预测模型,实验测试了不同转速下加工中心电主轴的温升和热伸长,建立了基于指数函数的电机温升、主轴转速及时间的三变量轴向热误差预测模型。随后取两种转速进行实验,对补偿效果进行了验证;并与主轴转速、时间双变量热误差预测模型进行了对比。结果表明,三变量模型补偿效果优于双变量模型,为加工中心电主轴热误差补偿并实用化提供了新的思路。     

非切削状态下加工中心主轴动态回转精度的测试及分析

以主轴动态回转精度为出发点,以两种不同类型加工中心主轴为测试对象,在非切削状态下分别进行了径向误差运动和轴向误差运动,以及热变形的测试及分析。提出了使用主轴误差分析仪进行主轴的动态回转精度以及热变形分析的方法,测试结果表明:静态误差相近的主轴,由于其结构、传动方式及冷却方式的不同,其动态精度可能存在很大差异。针对实测的加工中心主轴和整机的结构进行分析,可为机床和主轴的结构设计、误差补偿和实际加工提供技术支撑。     

基于信息粒化支持向量机的主轴热误差综合预测模型

主轴热变形是影响数控机床加工精度的主要因素。为提高主轴热误差的预测精度,提出了基于信息粒化支持向量机(SVM)的主轴热误差综合预测模型。使用信息粒化方法对采样温度数据与主轴热误差数据进行预处理,分别建立基于SVM的主轴热误差的回归预测模型和时间序列模型,通过计算两个模型权重系数,最终建立主轴热误差综合预测模型。以2MZK7150五轴数控可转位刀片工具磨床为研究对象,实验表明,较之于单一模型该模型具有良好的泛化能力和较高建模精度。     

数控机床热误差补偿最佳转速选择

为提高数控机床热误差补偿模型在实际工程应用中的补偿精度和稳健性,研究了热误差补偿建模时机床最佳转速状态的选择方法。首先,以Leaderway V-450数控加工中心主轴Z向为研究对象,控制机床主轴在空转状态下,以图谱和恒定转速两种方式进行了多批次实验。然后,采用模糊聚类结合灰色关联度选择温度敏感点并建立多元线性回归模型。最后,分析不同转速类型下模型的预测效果并对同种转速类型下模型预测效果进行相对评价,从而给出热误差补偿建模时机床最佳转速状态的选择方法。实验结果表明,根据国际标准中不同主轴转速类型建立的热误差补偿模型,对于机床热误差预测效果存在较大差异。根据实际工程应用选择的最佳转速状态建立的补偿模型有较好的预测效果。     

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。     

Thermal error modelling for real-time error compensation

A modelling strategy for the prediction of both the scalar and the position-dependent thermal error components is presented. Two types of empirical modelling method based on the multiple regression analysis (MRA) and the artificial neural network (ANN) have been proposed for the real-time prediction of thermal errors with multiple temperature measurements. Both approaches have a systematic and computerised algorithm to search automatically for the nonlinear and interaction terms between different temperature variables. The experimental results on a machining centre show that both the MRA and the ANN can accurately predict the time-variant thermal error components under different spindle speeds and temperature fields. The accuracy of a horizontal machining centre can be improved through experiment by a factor of ten and the errors of a cut aluminium workpiece owing to thermal distortion have been reduced from 92.4 µm to 7.2 µm in the lateral direction. The depth difference due to the spindle thermal growth has been reduced from 196 µm to 8 µm.     

Comprehensive thermal growth compensation method of spindle and servo axis error on a vertical drilling center

This paper deals with the modeling of comprehensive thermal growth of spindle and servo axis. Thermal errors of a vertical drilling center TC500 were measured using a spindle error analyzer and a laser interferometer, thermal error of servo axis was decomposed, and each term analyzed. Spindle thermal growth model based on temperature variation including an identification method for the parameters of the suggested model was presented. Similarly, the servo axis models for thermal expansion error (TEE) in the stroke range and the thermal drift error (TDE) of origin were derived based on heat-transfer mechanism, and the parameter identification method was presented. The experimental results indicate that by applying the proposed model, high accuracy stability can be achieved, even when the moving state changes randomly. A specific machining process of the upper surface of a rectangular workpiece was designed to verify the effects of error compensation to the unaided eye. The machining results indicate that the proposed model has high accuracy and strong robustness in compensating the comprehensive thermal error.     

Orthogonal polynomials-based thermally induced spindle and geometric error modeling and compensation

The spindle error and geometric error are the main sources of inaccuracy in CNC machining. With the rising of the machine tool parts' temperature, the spindle error and geometric error increase continually, and the error curves have a nonlinear distribution. To analyze the thermal effects on spindle error and geometric error, an experiment is carried out. To improve the machining accuracy of a CNC machine, an error model is proposed based on orthogonal polynomials. With the application of the orthogonal polynomials, the polynomial regression can be transformed into multiple linear regressions which are easier to calculate. In order to implement the real-time error compensation for the thermally induced spindle error and geometric error, an error compensation method is proposed based on the external coordinate offset. The thermally induced spindle and geometric error are compensated by 90 % compared with no compensation.