卧式数控机床主轴热变形影响因素分析

以卧式数控机床为对象,对机床主轴在开启冷却机与关闭冷却机状态下进行热变形测试实验,并进行了详尽分析,得到主轴在两种状态下X、Y、Z轴向热变形规律;然后建立机床实体模型,采用有限元热固耦合及流固耦合法,对数控机床的关键部件主轴部件、主轴箱部件及立柱部件分别进行热变形仿真分析,以获得影响主轴热变形规律的主要因素,为产品改进提供依据。     

基于逐步线性回归的温度测点优化

在数控机床热误差补偿技术中,温度测点的选择与优化是一个难点。文章采用逐步线性回归方法对核电轮槽铣床主轴箱的温度测点进行优化与建模。首先利用瞬态热-结构耦合分析了主轴箱在粗加工时的温升和热变形,再通过逐步线性回归方法对温度测点进行优化,利用优化后的温度测点建立了主轴X,Y,Z三个方向的热误差模型,最后对主轴箱在精加工运行时对所建立的模型进行了验证,结果表明:该方法不仅可以有效减小温度测点数目,还能保证模型的预测精度,三个方向的热误差均减小到5μm以下。     

加工中心主轴部件及其主轴箱的热特性有限元分析

现代机械工业对机床精度提出了越来越高的要求.机床主轴部件和主轴箱的热特性是影响机床精度的主要因素之一.文章建立了加工中心主轴部件及其主轴箱的温度场模型并进行了数字模拟仿真.首先预测了机床主轴部件的热平衡时间能,并以温度曲线的形式表示出来,然后计算出主轴部件和主轴箱的热变形.依据这些我们能够得到主轴的轴向和径向误差,为主轴部件的设计计算奠定了基础.     

机床热变形及热误差优化研究

为减少热变形对精密加工精度影响,对夏冬两季节机床主轴箱上温升和热变形及环境温度的影响进行了测试分析,并采用BP神经网络模型化的Volterra级数非线性系统实现热误差建模。分析结果表明：夏天环境温度受主轴箱散热影响而温度迅速升高;冬季机床散热较快,主轴箱上温升比较明显,环境温度几乎不变;同一台机床在夏季和冬季的热变形规律相似而变形量稍有不同。通过实验验证了该模型具有预测精度高的优点,为数控机床热误差实时补偿提供了参考。     

立式加工中心主轴系统热变形试验及误差补偿

立式加工中心经过长时间的运行之后,主轴箱及主轴系统组成的单元会产生热变形,这影响到被加工零件轴向尺寸的加工精度。以VMC750立式加工中心为试验对象,测量主轴箱多点温度及主轴变形伸长量,确定主轴变形的主要原因,建立误差补偿模型,通过对立式加工中心加工过程中的热误差进行了实时补偿实验,结果表明：通过热变形补偿,主轴系统热变形实测为0.28～0.33 mm,其误差可减少75％左右,验证了该模型的有效性。     

卧式数控机床主轴系统热特性测试及研究

数控机床主轴系统的热特性成为影响机床加工精度的主要因素之一,有必要对数控机床主轴系统的热特性进行相关的研究。以AH130卧式镗铣床为研究对象,分析了数控机床的热变形机理,对数控机床热变形进行了描述,构建了机床主轴热特性测试实验,利用FLIR红外热像仪测温技术、激光三角测距技术测得机床主轴箱温度场分布以及主轴热变形。实验研究发现,主轴上越靠近主轴后部其温升越快,并且主轴Z方向的伸长量大于X、Y方向的变形量,研究工作对数控机床主轴系统的优化设计以及进一步热分析提供了有效的支持。     

基于ANSYS Workbench的数控车床主轴系统热-结构耦合分析

在有限元法与热应力学分析基础上,建立数控车床主轴系统的有限元模型,计算主轴系统热特性分析的边界条件.利用有限元分析软件ANSYS Workbench对主轴系统进行热-结构耦合分析,得到主轴系统的温度场分布和热变形,通过实验验证模型的正确性.同时计算不同主轴转速对主轴系统温升及热变形的影响,分析结果为主轴系统的优化设计及误差补偿提供了一定的依据.     

基于GRA-PCA的机床主轴系统热敏感点优化

热敏感点优化选取是热误差建模过程中的关键问题,所选取的热敏感点优劣将直接影响热误差模型的精确性和鲁棒性。提出一种灰色关联分析（GRA）和主成分分析（PCA）结合的机床主轴系统热敏感点优化方法,采用GRA筛选对热误差影响较大的温度测点,机床主轴不同位置处的多个测点温度值以及主轴在对应温度下产生的热漂移作为分析数据,通过计算温度变量与热漂移之间的灰色关联度,得到其灰色综合关联度矩阵,确定二者相关性后初选温度变量;根据PCA将高度相关的温度数据简化为较少的相互独立的主成分,将其作为后续热误差模型的输入,从而实现热敏感点优化。将该方法应用于数控机床主轴系统,优化完成的热敏感点数据作为主轴热误差模型的输入变量。结果表明：将优化所得热敏感点作为BP热误差模型输入,预测所得热误差与实际热误差的平均残差为0.83 μm,低于仅采用灰色关联分析法优化热敏感点的5.18 μm及仅采用主成分分析法优化热敏感点的4.57 μm,机床z轴热变形预测精度得到显著提高,有利于改善加工精度。     

主轴传动部件的热平衡技术研究与应用

分析主轴箱的主要热源以及发热量对整个主轴箱部组精度的影响,采用大流量的恒温油对主轴箱进行冷却与润滑以及优化主轴轴承安装工艺,以保证主轴高速运行的过程中其轴向变形量达到最小。通过试验验证,主轴达到热平衡时其伸长量为0.035 mm。通过对温升与热伸长量的函数进行研究,对轴向热变形进行补偿,以保证机机床在达到热平衡过程中,对工件加工精度的影响最小。     

基于灵敏度分析与响应面模型的机床主轴箱优化设计

针对机床主轴箱结构优化设计中模型复杂及计算量大的问题,提出一种将灵敏度分析与响应面模型相结合的优化办法。以箱体壁厚和筋板尺寸为输入参数,主轴箱质量、最大变形、最大应力、1阶固有频率作为目标参数进行灵敏度分析,筛选出6个关键尺寸作为优化参数;采用最佳填充空间设计法和Kriging函数法构建主轴箱响应面模型,通过多目标遗传算法对响应面模型进行求解计算。最后对优化后的主轴箱进行有限元分析来验证求解的准确性,优化后的主轴箱质量减轻了13.58%,可以为机床其他类型零部件优化提供参考。     

数控机床热误差建模及预测方法分析

热误差作为制约数控机床加工精度的关键因素,在重型数控机床上表现得尤为明显。以重型落地镗铣床为例,根据热误差测量试验数据,分析重型数控机床温度场特性,并基于兼顾相关系数和欧式距离的系统聚类准则,对温度测点系统进行优化,以减小温度测点间共线性。通过优化温度测点,采用多元线性回归分析,建立重型数控机床热误差预测模型。由现场试验可知,建立的热误差预测模型可将均方根误差控制在10μm以内,有效地提高了热误差预测精度。     

基于模糊聚类与灰色理论的机床主轴温度测点优化方法

数控机床主轴热误差是影响机床加工精度的主要因素之一,主轴热误差温度测点优化对于准确建立机床主轴热误差模型、提高机床精度具有十分重要的意义。提出一种基于模糊聚类与灰色理论的机床测温点优化方法,通过对主轴测温点进行模糊聚类分析,根据Xie-Beni有效性指标评定,将温度点归为几类,然后通过对模糊聚类后的测温点与主轴热误差进行灰色相关性分析,实现机床主轴温度测点的进一步优化。试验结果验证了该方法的可行性与有效性。     

高速电主轴热—结构特性研究

文章讨论了对CX8075车铣复合加工中心高速电主轴的建模,并利用有限元软件ABAQUS分析其热—结构特性,得到电主轴系统的温度分布和热变形情况,为进一步研究机床的热误差提供了理论依据。     

滑枕综合热补偿研究

新设计的滑枕热伸长补偿机构消除了滑枕达到热平衡之前因热变形造成的瞬态热误差。通过试验,测出机床达到热平衡后主轴的温度误差和机床对应的温度场,并利用最小二乘法拟合出该误差和温度值之间的数学模型,将数学模型输入数控系统中进行机床主轴的稳态热补偿,即温度误差补偿。这两种热补偿相结合的方式进一步提高了机床的加工精度,保证了数控龙门柔性生产线各种零件的加工精度要求。     

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。     

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。     

Simulation of thermal behavior of a CNC machine tool spindle

The thermal deformations of a CNC machine tool spindle are the major contributor of thermal error. It is very significant both theoretically and practically to study how to accurately simulate the thermal error of the spindle. Firstly, this paper proposes a method for computing the coefficient of convection heat transfer of the spindle surface by referencing the theory on computing the coefficient of convection heat transfer of a flat plate when air flows along it. Secondly, the temperature field and thermal errors of the spindle are dynamically simulated under the actions of thermal loads using the finite element method. Thirdly, the characteristics of heat flow and thermal deformation within the spindle are analyzed according to the simulation results. Fourthly, the selection principle of thermal key points, which are indispensable for building a robust thermal error model, is provided based on the thermal error sensitivity technology. At last, a verification experiment is implemented on a CNC turning center, and the results show the simulation results are satisfying to replace the experiment results for further studies.     

Particular behavior of spindle thermal deformation by thermal bending

Thermally induced errors reduce the accuracy in precision machining, and a great deal of research has been presented on compensation for these errors in machine tools. However, during the transition period after commencing or stopping spindle rotation, thermal deformation behavior is very complex. In particular, the y-directional movement of the vertical machining center cannot be explained by thermal expansion alone because of the relationship between deformation and temperature. Thermal bending that is generated from the thermal gradient in the structure causes this movement. In the research described in this paper, a theoretical explanation and an experimental verification is given for the particular behavior of spindle thermal deformation. As it is not easy to map the relationship of the compensation model, separation of the steady from the non-steady state in the mapping process is strongly recommended.     

基于ANSYS Workbench的球面磨床磨头结构设计方案分析

磨头属于精密数控球面磨床的关键部件,其结构形式会直接影响到磨头动力部件的刚度,从而影响到加工工件的精度及表面质量.针对SMG63H球面磨床磨头结构形式设计的三种方案,运用ANSYS Workbench对磨头动力部件加载工况进行静态特性分析,通过分析不同设计方案的磨头、主轴、主轴箱以及磨头动力部件整体的变形量和应力大小,选出静态特性最优方案.此方法为精密数控球面磨床关键部件有限元分析及设计方案的优化提供技术支持,为改善机床结构性能和提高机床精度奠定了基础.     

提高大型高精立式机床精度保持性的新型转台技术研究

针对国内生产的高速、高精大型立式机床以及车铣复合机床等高档数控机床迫切需要提高精度保持性的重大需求,开发一种能提高大型高精立式机床精度保持性的数控回转工作台。该回转工作台采用一套精密推力向心组合圆锥滚子轴承,取消了传统结构中的主轴及其复杂的轴承支承系统。推力向心组合圆锥滚子轴承的底圈和上圈都安装在同一个轴台上,实现了上圈、底圈与轴台无间隙的紧配合,消除了轴承所有套圈和它们配合件之间的间隙,并能实现过盈配合,很大程度上提高了机床的精度保持性。