精密数控机床多主轴系统热平衡试验

在对现有的精密数控机床主轴系统进行常规工况实验和空运转实验研究基础上,提出一种数控机床热平衡试验方法,通过该实验方法可以获得数控机床主轴系统的热敏感点、温度场数据和热位移场数据以及热平衡时间等热态特性,以校验理论仿真分析,并建立误差模型,从而实现对主轴系统热特性的快速校核与加工误差补偿.在具有3个独立磨头主轴系统的直线滚动导轨精密曲面成形数控磨床上,开展多主轴系统热平衡试验方法的具体案例研究,获得了其中两个理论上相同立式磨头的主轴系统的温升变化曲线、热变形变化曲线和热平衡时间等不同的热态特性,论证了多主轴热平衡实验对于消除多主轴机床差异性上的重要性,弥补了其在理论上分析的不足.同时,通过热平衡试验获得多主轴系统的热态特性结果,用于指导热误差补偿工作,减少机床热误差控制及补偿难度,提高机床加工直线导轨曲面精度与工作效率效果明显.     

精密数控机床主轴系统多物理场耦合热态特性

在综合分析数控机床主轴系统的边界条件的基础上,建立三维多物理场耦合流场-温度-结构场的稳态和瞬态热态特性分析模型,采用有限元分析法（FEM）进行仿真模拟.该模型考虑主轴系统各零部件的实际尺寸、零部件不同面的不同放置情况、外界空气在不同流动情况与不同定性温度下对分析结果的影响,考虑主轴系统在外加非圆截面弯管冷却液影响下的温度场分析情况.以某精密数控双磨头磨床主轴系统为例进行分析与实验验证.结果表明,提出的主轴系统多物理场耦合热态特性分析的模型与方法可以快速、有效以及较准确地获得主轴系统的热态特性.     

基于最小二乘支持向量机的数控机床热误差预测

为实现数控机床热误差的补偿控制,提出基于最小二乘支持向量机进行数控机床热误差建模预测的方法.根据最小二乘支持向量机回归预测的原理,优化选择最小二乘支持向量机参数,对数控车床热误差进行最小二乘支持向量机建模.通过测量数控车床主轴温升值与主轴热变形量,将获得的数据进行最小二乘支持向量机建模训练,以建立机床热误差预测模型.实验结果表明,该模型能有效描述热动态误差,与最小二乘法建模进行比较,结果显示,基于最小二乘支持向量机的数控机床热误差预测模型精度高、泛化能力强;采用最小二乘支持向量机得到的预测模型可用于数控机床热误差实时补偿,以提高机床的加工精度.     

五轴机床误差建模与补偿解析新算法

为了建立合理的五轴数控机床综合误差补偿模型,基于机床各部件为刚体联接的假设下,简化了机床运动学约束拓扑关系,本文提出了基于多刚体动力学的综合误差理论模型,并对误差分量进行分析,建立了误差参数表。机床热误差测量点分布离散且采样数据量大,结合灰色综合关联度算法,将离散点数据表征其关联关系,并拟合出各轴热误差量曲线,建立了机床热误差预测模型。综合机床各轴热误差产生的机理,定义了针对主轴热误差和进给轴热误差的新型测量法—5点测量法和6点测量法,大量实验证明理论预测辨识模型曲线与实验结果一致,残差范围在0~12um之间。基于机床误差线性叠加假设,将机床几何误差和热误差统一建模,提出了新型综合误差补偿模型。将此补偿模型用SIMEMS840D数控系统中的PMC单元开发实时补偿软件,大量实验表明某五轴数控机床的加工精度有了显著的提高,完成补偿后误差变化量在 0~29μm之内。     

虚拟样机技术在机床主轴箱热特性研究中的应用

数控机床在加工过程中,受各种热源的作用形成不均匀的温度场,各部件产生不同程度的热变形,造成加工误差,使加工精度下降。本文利用虚拟样机技术,对XH718数控铣床主轴系统的热特性进行分析,建立了机床主轴系统热特性分析的数学模型和有限元分析模型,计算出机床主轴系统的温度场和热变形,为机床机构优化奠定了基础。     

基于灰色模糊聚类和LS-SVM加工中心的热误差补偿模型

为实现数控机床热误差的补偿,提出了基于灰色综合关联度的灰色-模糊聚类算法和最小二乘支持向量机（LS-SVM）对数控机床热误差元素进行优化建模的方法.该方法通过计算各温度测点和热误差数据间的灰色综合关联度,确定灰色相似矩阵,并利用最大树法,得到基于不同水平的聚类结果形成的谱系图,从而确定关键测温点,再利用最小二乘支持向量机方法构建数控机床热误差补偿模型.以MDV-55立式精密加工中心为实验对象进行建模补偿,结果表明,该方法不仅减少了温度传感器的数量,而且机床的加工精度也得到了显著改善.     

数控车床几何和热误差综合实时补偿方法应用

对数控机床几何和热误差进行补偿是提高数控机床加工精度的有效方法.对数控机床的几何误差和热误差进行了分类并给出了建模方法.提出了一种基于外部坐标系偏移功能的误差实时补偿装置并叙述了其实现方法.在K360型数控车床进行了X轴定位误差和主轴径向热误差的补偿试验,证明了这种补偿方法在精度改进中的有效性.     

高速电主轴热态特性的研究

主轴轴承高速下的急剧摩擦发热是影响和限制机床主轴转速和加工精度提高的主要原因．本文通过对高速电主轴热态特性的试验与研究，分析了高速下主轴轴承及主轴系统的热态特性及其影响因素，提出了改善主轴单元热态特性的措施．     

数控机床热误差的时序分析法建模及其应用

提出了采用时间序列分析法进行机床热误差建模的基本原理及方法,及其在数控机床热误差补偿建模中的应用。利用实测的热误差序列进行时序分析识模、建模和预报。再通过由微机结合机床控制器构成的补偿系统,利用所建立的时序分析模型,经过微机算出补偿值并送入机床控制器对刀架进行附加进给运动完成实时补偿。实验结果表明,可将工件的尺寸变化从原来的25 μm以上降到10 μm以内,大幅度提高了机床的加工精度,从而论证了时序分析法在数控机床热误差建模应用中的可行性与有效性。     

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。     

基于Matlab-GUI数控机床热误差补偿的仿真系统

为了使数控机床加工精度得以提高,对数控机床热误差补偿系统进行研究。在建立基于BP神经网络数控机床热误差补偿模型的同时,运用Matlab-GUI工具设计了具有通用性交互式数控机床热误差补偿的仿真系统,该系统可使热误差补偿更具有实时性、在线高效性和补偿系统操作可视化。     

双主轴义齿加工机床结构及空间误差模型构建

为了设计一台满足医学口腔修复领域专用的数控加工机床,运用功能分析方法对义齿加工技术的特点进行研究,明确了义齿加工机床所需具备的功能,构建了加工系统的机械结构并分析给出了一些关键部件的性能参数．基于多体系统基本理论,根据所讨论机床的实际情况推导出双主轴义齿加工机床的空间误差模型．结果证实机床的误差主要来源于各个组件单元间的3个线误差、3个角误差以及轴向间的垂直度误差,为采用适当的误差补偿策略,提高机床的加工精度,使其满足义齿加工的要求提供了理论依据.     

机床关键部件热接触变形的有限元计算

给出了外载条件下接触热阻的基本计算公式，然后用有限元法对立柱与主轴箱结构的接触变形进行了计算，并用实验验证了计算的准确性，为精密机术的设计，热控制和补偿提供了新的方法。     

基于注意力机制的数控机床热误差深度学习预测方法

为提高热误差预测精度和鲁棒性,提出一种基于注意力机制和深度学习网络的数控机床热误差预测模型。采用数据转化策略,将数控机床原始温度数据转化为温度图像,直接作为深度学习网络的输入;提出一种基于注意力机制的温度敏感点识别网络,根据温度测点与热误差关联程度,赋予各温度测点不同的权值,避免了温度测点的人为选取弊端;建立12层深度CNN学习预测网络,利用其强大的图像特征学习能力,挖掘温度图像与热误差的非线性映射关系,无需对温度关键点进行预选择,保留了更多的热误差与机床温度特征关系,显著提高了模型预测精度。为了提高热误差模型的精度与泛化能力,引入Dropout正则化方法和Adam优化算法,对深度卷积神经网络的结构与参数进行了优化。该方法在针对G460L型数控车床的热误差验证中表现出较高的预测精度。通过与BP神经网络和多元回归等传统热误差模型进行对比,深度卷积神经网络框架下的热误差模型在泛化性指标上表现更优。     

Research on CNC Turning System of Aspheric Machining Grinding Wheel

The technology of machining aspheric surface with high precision is the premise for the application of aspheric surface. The grinding machining with error compensation is a commonly used method to machine aspheric surface, which will directly influence the quality of aspheric workpiece surface. Multifunctional CNC grinding wheel truing system is a four-axis CNC truing system which can be applied to grinding wheel truing. In this system,DSP-based multi-axes motion control card is adopted as the controller, and visual C is used as development tool.When the design of hardware and software is completed, the system can implement truing of various grinding wheel with high precision aspheric machining such as plane gripding wheel, arc grinding one, and sphere grinding one.     

数控装备误差补偿关键技术研究

制造业虚拟工厂模式可以降本增效、优化服务质量,是应对全球化激烈竞争的不二选择。在该模式下,为不断提升产品质量,主要研究与之生产过程相关的数控装备精度提升关键技术即误差补偿关键技术,具体包括误差源分析、误差建模、误差测量及误差数据处理。由此,以五轴机床为数控装备的代表,找出了影响其精度的45项几何误差;并通过误差建模,构建了这45项误差与五轴机床系统总误差的关系;其次,根据五轴机床误差特性,构建了测量系统,并证实了该系统的有效性;最后,针对测量数据,展开误差处理分析,解决了非测量节点数据问题,同时大幅降低了数据量信息,为快速有效地进行误差补偿奠定了数据基础。     

车削加工误差分析及其微机实时补偿

本文详细分析了影响车削加工误差的几个主要因素。其中采用移动热源法计算了工件的热膨胀,利用热弹性理论和回归分析推导了刀具热变形的计算公式,采用误差分离技术得到了刀架直线运动轨迹在水平面内偏离理想轨迹的误差,并且实测了机床的热变形。在以上工作的基础上,应用微机对影响车削加工精度的主要误差进行了实时补偿,取得明显效果。该方法在不增加任何辅助设备的条件下,可以方便地控制数控车床的加工精度,具有使用简便,便于推广等特点。     

基于蒙特卡洛模拟的机床关键几何误差溯源方法

为了溯源对加工误差影响最大的机床几何误差,提出了一种基于蒙特卡洛模拟的灵敏度分析方法.运用多体系统理论建立五坐标龙门加工中心加工误差生成模型,并建立了S形样件的直纹面数学模型.推导刀具轨迹到切削点的映射关系,建立了切削曲面模型.根据蒙特卡洛模拟采样机理,对机床加工误差模型进行全局灵敏度分析,获得影响机床加工误差的关键几何误差参数.按照灵敏度分析结果排序,获得影响z向加工误差最大的5项几何误差参数为δ_z(x)、δ_z(y)、δ_z(z)、δ_z(c)、δ_z(b).实验结果表明:5项关键误差参数共同作用对分析区域平均z向加工误差的影响度达88.2%,5项误差参数对机床z向加工误差影响最大,可以为提高五坐标机床的加工精度和设计精度提供指导.