数控车床综合热误差建模及工程应用

针对车床实际工程应用中主轴与进给轴综合误差对工件加工精度产生影响问题,建立包含工件膨胀效应的主轴与进给轴综合热误差模型,并进行实际切削验证.以精密车床为研究对象,综合分析车床主轴、进给轴和工件在实际加工中的相互影响关系,并建立三者之间的综合热误差多元线性回归模型(MLRA).实验结果表明:含有工件膨胀效应系数的综合热误差模型符合实际工况,有效提高了车床的加工精度.主轴热误差模型的预测精度达85%以上,进给轴预测精度达70%以上,实际加工中工件误差由15μm降低到5μm左右.综合热误差模型显著提高了高精密数控车床的加工精度.     

大型龙门铺丝机综合误差建模及补偿

为了提高大型龙门自动铺丝(AFP)机的精度,提出重力变形与几何误差综合建模与补偿方法. 采用有限元法对龙门铺丝机进行静力学分析,通过工作空间网格化方法建立重力变形模型;基于齐次变换矩阵与切比雪夫多项式建立几何误差模型,结合剔除重力变形的测量数据与Powell算法实现对几何误差参数的辨识;综合重力变形模型和几何误差模型,提出基于综合误差补偿的G代码修正策略. 在龙门铺丝机上开展综合误差补偿对比实验,结果表明,补偿前龙门铺丝机误差较大,不能完全满足铺放精度需求,而经过补偿后位置误差和姿态误差均大幅度降低,其中姿态误差减小80%以上,而位置误差减小90%以上,满足铺放精度需求,证明了所提出的综合误差建模和补偿方法的有效性.     

大型龙门机床的直线度误差建模及误差补偿

为减小大型龙门数控机床空间直线度误差,提高国产数控机床加工精度,提出基于B样条曲线的空间直线度误差模型及其补偿方法。使用激光干涉仪分别检测三轴龙门数控机床6个方向的直线度误差,应用B样条方法建立空间直线度误差数学模型.利用数控系统外部机械原点偏移功能,应用自主研发的误差实时补偿系统并依据基于B样条曲线的空间直线度误差数学模型,实现对大型龙门数控机床的空间直线度误差补偿.采用两轴联动补偿切削导轨面的方法进行试验,并与多项式模型和斜线插补模型进行对比,结果表明:B样条模型补偿后的导轨直线度最优,检测的导轨各方向直线度误差均减小90%以上,显著提高了大型龙门数控机床加工精度.     

基于BP神经网络的丝杠硬旋铣热伸长研究

研究硬旋铣加工时工件的热变形对提高工件加工精度、掌握硬旋铣加工技术是至关重要的。文章基于高效环保的滚珠丝杠螺纹硬旋铣工艺,围绕提高硬旋铣加工螺距精度问题,针对加工过程中的工件热伸长及误差补偿方法,通过基于BP神经网络算法的热伸长研究及补偿实验研究,探索了工件热伸长变化的特征值提取、BP预测模型的建立及验证、热伸长误差的补偿方法。结果表明:根据特征值法建立的BP神经网络热伸长预测模型精度较高,根据模型预测结果进行螺距误差插补补偿加工能够提高滚珠丝杠硬旋铣加工的螺距精度。     

高速电主轴热误差补偿及结构优化研究进展

电主轴热位移控制是解决加工过程中关键问题之一。控制电主轴热位移,提高加工精度和表面质量。常用方法之一是通过冷却系统来降低电主轴温度,内部或外部引入冷却介质如水或油。优化冷却系统设计和控制策略,可进一步提高热位移控制效果。另一方法是通过热补偿控制电主轴热位移。安装温度传感器,并与预先建立的热补偿模型结合,实时进行补偿调整工具或工件位置,以实现高精度加工。同时,选择热稳定性较好材料是另一种控制热位移的策略,它们具有低热膨胀系数和高热导率,可减少热变形引起的位移效应。综上所述,电主轴热位移控制综合考虑冷却系统、热补偿和材料等因素,合理应用这些方法可有效降低电主轴的热位移,提高加工精度和表面质量。     

机床动态热性能研究和误差补偿

指出机床的热泪盈眶性能主要表现为在加工参数改变时机床的动态热误差。不同类型的机床热性能被研究,给出了机床热性能的测量分析和效果。多种数学模型被用来建立机床温度变化和热变形的关系。比较结果说明,多元线性回归和神经网络模型能够较好的预报补偿机床的动态热变形误差。     

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27 μm提高到8 μm,大大提高了车削加工中心的加工精度,验证了模型精度.     

负热膨胀材料在机床热误差补偿中的应用

金属材料的热胀冷缩性是机床热误差的根本来源.传统热误差补偿方法是根据机床实时温度,预测误差的产生时间和大小,控制刀刃的走位进行补偿,该补偿方法存在时间延迟性等缺陷.设想使用负热膨胀材料作为刀架材料,把回归法得到的机床-工件位置误差与有限元分析得到的刀具负变形联立,减小加工误差,为机床热误差补偿方法提供一种新的途径.     

航空薄壁件与铣刀的加工变形误差补偿研究

基于三维铣削力数学模型,应用实验对铣削力系数进行辨识.以刀具和工件的加工变形为研究对象,仿真出刀具与工件的变形量,并绘制不同约束下的工件变形曲线.通过对曲线的分析,求出加工过程中刀具与工件变形对精度变化影响的因素和规律.提出一种基于有限元加工变形的计算误差补偿方案,实现铣削参数的优化,提高铣削加工精度.     

机床动态热性能研究和误差补偿

指出机床的热泪盈眶性能主要表现为在加工参数改变时机床的动态热误差.不同类型的机床热性能被研究,给出了机床热性能的测量分析方法和效果.多种数学模型被用来建立机床温度变化和热变形的关系.比较结果说明,多元线性回归和神经网络模型能够较好的预报补偿机床的动态热变形误差     

基于多体理论的五坐标数控机床的热误差建模

基于多体系统理论,针对数控机床加工系统中主轴部分的热误差,首次提出了五轴联动数控机床的热误差模型,并在MAKINO四轴加工中心几何误差参数辨识结果和主轴热误差参数辨识结果的基础上对该模型进行了仿真验证;仿真实验显示该建模方法具有良好的工程应用前景。     

Load-induced error identification of hydrostatic turntable and its influence on machining accuracy

In heavy duty machine tools, hydrostatic turntable is often used as a means for providing rotational motion and supporting workpiece, so the accuracy of turntable is crucial for part machining. In order to analyze the influence of load-indcued errors on machining accuracy, an identification model of load-induced errors based on the deformation caused by applied load of hydrostatic turntable of computerized numerical control(CNC) gantry milling heavy machine is proposed. Based on multi-body system theory and screw theory, the space machining accuracy model of heavy duty machine tool is established with consideration of identified load-induced errors. And then, the influence of load-induced errors on space machining accuracy and the roundness error of a milled hole is analyzed. The analysis results show that load-induced errors have a big influence on the roundness error of machined hole, especially when the center of the milled hole is far from that of hydrostatic turntable.     

精密长丝杠磨削热变形规律研究

研究了精密丝杠磨削过程中的内部温度分布规律,采用二维热传导模型和简化的一维模型求解了精密长丝杠的内部温度场分布规律,为精密丝杠磨削过程中热变形误差的补偿提供了依据。     

三轴加工中心热误差推定的建模方法

数控加工中心热误差的预测,可以通过机床内部的电流和速度参数,建立多元线性回归模型来实现。这与传统的热误差建模方法相比,其优点为测量方式更为直接,所需测量的对象也相应的减少。     

Angle measurement error and compensation for decentration rotation of circular gratings

As the geometric center of circular grating does not coincide with the rotation center,the angle measurement error of circular grating is analyzed. Based on the moire fringe equations in decentration condition,the mathematical model of angle measurement error is derived. It is concluded that the decentration between the centre of circular grating and the center of revolving shaft leads to the first-harmonic error of angle measurement. The correctness of the result is proved by experimental data. The method of error compensation is presented,and the angle measurement accuracy of the circular grating is effectively improved by the error compensation.     

龙门加工中心整机动静态分析及结构优化

以SolidWorks三维建模软件与ANSYS Workbench有限元分析软件为平台,建立龙门加工中心整机动静态分析模型,由分析得到整机在只受重力、以及重力与切削力同时作用这两种工况下的位移量数据及其相对变化量,得出整机的结构刚性及固有频率值,并综合分析结果提出滑枕及横梁的结构优化方案,通过结构改进减小整机变形量,提高整机加工精度,为加工时的误差补偿提供了理论依据.     

磨齿机电主轴热特性及热误差建模

针对磨齿机在磨削加工时,电主轴存在热致误差等问题,提出基于模糊神经网络（FNN）建立电主轴热误差模型的方法.分析电主轴内部的热生成和热传递机理,得到内部的传热规律.通过计算热载荷和边界条件,利用有限元分析（FEA）软件对电主轴系统的温度场和热变形进行数值模拟,得到电主轴系统中温升和热变形最大的部位.通过电主轴热误差实验获得温度和热变形数据,分别训练模糊神经网络和BP神经网络,建立温度场和热变形之间的热误差模型,对主轴热误差进行预测.结果显示：在电主轴径向热误差预测模型中,模糊神经网络模型和BP模型的建模精度分别为96.74%和89.77%.这表明模糊神经网络模型建立的热误差模型,在拟合和预测精度上优于BP神经网络模型.     

基于接触热阻的高速精密电主轴热特性分析

主轴系统热问题是高精度机床必须要考虑的关键问题,接触热阻的大小影响机床的传热性能,从而影响其加工精度. 利用表面接触的分形理论,计算接触面的量纲一的接触面积,针对接触微凸体的热阻由基体热阻和收缩热阻形成接触对,建立了一个考虑接触界面基体热阻和收缩热阻的表面接触热阻模型,讨论了不同的分形参数对接触热阻的影响. 以立式加工中心电主轴系统为研究对象,分析了电机的损耗发热和轴承的摩擦发热,运用有限元软件对电主轴模型在有无接触热阻2种情况下的稳态温度场和稳态热变形进行仿真分析. 讨论了有无热阻情况下电主轴温度和变形变化量,论证了接触热阻对电主轴热温度场和热变形的影响. 结果表明:电主轴考虑接触电阻时温度将升高,变形将增加.