基于LIBSVM的数控机床热误差建模研究

通过建立数控机床热误差补偿的数学模型是实现机床热误差修正和提高机床精度的有效措施.本文以CL-20A数控车床主轴热变形为实验对象,在大量实验数据的基础上,利用逐步回归分析法找出机床温度敏感点,并采用基于MATLAB平台的支持向量机算法来建立车床主轴热误差数学模型.实验结果表明,所建立的模型能精确把握机床主轴热变形的规律和趋势,对于预测机床主轴热变形,实现实时热补偿具有实用价值.     

数控机床几何误差与热误差综合建模及其实时补偿

为提高数控机床的精度,提出一种数控机床的几何与热的复合误差综合建模方法。通过分析机床在不同温度状态下的误差数据,得到机床误差分布规律;根据几何误差和热误差的不同特性进行误差分离,采用多项式拟合与线性拟合方法建立机床几何误差与热误差的综合数学模型;利用数控(Computer numerical control,CNC)系统的外部机床坐标系偏置功能,应用自行研发的综合误差实时补偿系统进行误差在线实时补偿。该误差补偿方法综合考虑机床几何误差及其在机床不同温度下的变化,全面分析整个温升过程直至热稳态的误差及其变化规律。经检测认证表明,应用该误差补偿方法及其实时补偿系统可使机床在常温下的定位误差由44.1μm降低到3.6μm,补偿91.8%;温升之后的定位误差由26.0μm降低到5.1μm,补偿80.4%,大幅度提高机床的精度。     

基于时序算法的主轴轴向热误差建模与应用

为解决金属手机外壳加工行业内的机床主轴轴向热误差问题,提出了一种基于时间序列算法的主轴轴向热误差建模方法,对一台钻攻中心建立了主轴轴向热误差实时补偿模型。实践结果表明:通过该模型实时补偿,机床的主轴轴向热误差由原来62μm补偿到7μm,加工工件尺寸控制在10μm左右。     

数控机床工作台误差综合补偿方法研究

针对由几何误差与热误差引起的数控机床工作台与主轴之间相对位置变动的问题,通过试验分析其在不同温度状态下的误差数据,得到机床工作台平面度误差随热变形保持不变的规律,并提出了一种数控机床工作台平面度误差与主轴热误差的综合补偿方法。该方法通过分别建立工作台平面度误差模型和热误差模型,并运用叠加原理建立综合误差补偿模型,对传统固定单位置点建模补偿方法的原理性缺陷进行了改进。结合机床关键部件的实时温度值和刀具位置的实时坐标值,计算出了全工作台各区域各温度阶段的误差补偿值,进而实现了全工作台主轴轴向综合误差的实时补偿。检验及分析结果表明,相比于传统固定单位置点热误差建模补偿方法,该方法所建模型残余标准差减小约7μm,精度提高比例达到50%;单次最大补偿残差减小约11μm,精度提高比例达到60%,大幅度提高了机床的加工精度。     

主轴热误差前瞻预测模型

为消除主轴热误差对加工质量的影响,以某精密卧式加工中心为研究对象,利用智能温度传感器和位移传感器检测机床温度值和主轴热变形,基于主轴温度场准静态假设建立了主轴温度一热误差模型.为优化数据性能,改善补偿系统动态品质,选取灰色理论建模,通过建立温度新陈代谢预测模型,消除了温度检测和补偿实施的时差影响,最终实现主轴热误差的前瞻预测.研究结果表明,该模型计算量小,预测精度高,可用于稳定加工中的热误差实时预测.     

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。     

一种基于SINUMERIK数控系统的高速机械主轴热变形分析及实时补偿方法

为避免机床热变形对加工精度的影响,针对高速机械主轴发热量大、传动链中热量不均衡等特点,提出了一种基于SINUMERIK数控系统的主轴热变形实时补偿方法。以某卧式加工中心作为研究对象,利用主轴热变形分析仪进行机床主轴热变形检测,采集检验棒在X、Y、Z这3个方向的实时变化并生成曲线。在主轴系统中布局5个温度传感器实时采集主轴内部温度,采用线性回归方法建立机械主轴的热误差模型,结合SINUMERIK数控系统提供的同步功能及温度补偿功能,实现对刀尖位置的实时补偿,保障了机床的加工精度。     

基于指数函数的机床主轴热误差补偿模型

在对机床主轴进行热特性分析的基础上,建立了基于指数函数的机床主轴轴向热误差补偿模型。该热误差补偿模型建模时间短、资金成本低,能够方便快捷地应用到工厂生产环境中。通过实验获得不同转速下的主轴轴向热变形数据。使用回归分析和最小二乘法建立了稳定状态下主轴轴向变形量和时间常数的估计方程,进而建立了基于指数函数的热误差补偿模型。该模型可以预测不同转速下主轴的轴向变形量。通过实验证明了该热补偿模型在机床主轴恒速运转和变速运转两种工况下均具有较高的精度。     

重型数控机床热学模型及热误差补偿技术研究

研究了重型数控机床主轴系统温度场及主轴热变形误差,分别测试了机床不同工况下的温升情况及主轴三个方向上的热变形。基于测试数据获取了机床主轴热变形的变化规律,并建立起了机床的热误差建模预测模型,针对西门子840D系统的补偿模块,应用预测模型实现对热误差的补偿并进行了实验验证。     

IMPROVING ACCURACY OF CNC MACHINE TOOLS THROUGH COMPENSATION FOR THERMAL ERRORS

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Spindle Thermal Error Optimization Modeling of a Five-axis Machine Tool

Aiming at the problem of low machining accuracy and uncontrollable thermal errors of NC machine tools, spindle thermal error measurement, modeling and compensation of a two turntable five-axis machine tool are researched. Measurement experiment of heat sources and thermal errors are carried out, and GRA(grey relational analysis) method is introduced into the selection of temperature variables used for thermal error modeling. In order to analyze the influence of different heat sources on spindle thermal errors, an ANN(artificial neural network) model is presented, and ABC(artificial bee colony) algorithm is introduced to train the link weights of ANN, a new ABCNN(Artificial bee colony-based neural network) modeling method is proposed and used in the prediction of spindle thermal errors. In order to test the prediction performance of ABC-NN model, an experiment system is developed, the prediction results of LSR(least squares regression), ANN and ABC-NN are compared with the measurement results of spindle thermal errors. Experiment results show that the prediction accuracy of ABC-NN model is higher than LSR and ANN, and the residual error is smaller than 3 lm, the new modeling method is feasible. The proposed research provides instruction to compensate thermal errors and improve machining accuracy of NC machine tools.     

数控机床全误差模型和误差补偿技术的研究

加工精度是数控机床必须保证的一项性能指标。提高机床精度是先进制造技术的重要课题，有误差避免和误差补偿两种方法。前者使机床造价大幅上升，而且精度的提高也有一定的限度。后者的精度提高几乎没有限制，对数控机床，计算机实时误差补偿技术是一种经济、有效的基本途径。基于多体系统理论，推导了多坐标数控机床，包含几何误差和热误差的全误差模型。文中介绍了坐标数控机床项误差的辨识方法(22线、14线和9线法)，还介绍了回转坐标6项误差的辨识方法。通过软件补偿，在3坐标联动和4坐标联动数控机床上实现了几何误差和热误差的补偿。实践结果表明误差模型的准确性和补偿方法的实用性。     

基于实时反馈的机床热误差在线补偿模型

为建立一种能够适应机床不同工况且具有准确预测能力的热误差补偿模型,提出一种基于限定记忆递推最小二乘法辨识热误差模型参数的机床热误差预测建模方法。该方法随着机床工作状况的改变,根据实时反馈的温度和热误差数据,采用递推方法对模型参数进行即时修正,使热误差模型能够及时跟踪机床系统的热特性变化,实现以较高的预测精度对机床热误差进行补偿。通过数控车床主轴轴向热误差辨识建模及补偿实验可以看出,限定记忆递推最小二乘法比一步最小二乘法辨识精度有较大提高,最大残差值减小了52.3%,标准差减小了67%。实验结果表明,利用该方法进行机床热误差模型参数辨识具有较高的预测精度和鲁棒性,有效可行。       

Impact of measurement procedure when error mapping and compensating a small CNC machine using a multilateration laser interferometer

This paper deals with the accuracy of compensation of machine tools using a tracking interferometer using the multilateration method. The measurement strategy and thermal drift compensation of the measurements are studied. It shows that most effects of temperature are accurately compensated by the laser tracking interferometer software. However, thermal drifts of accessories are not taken into account, and are therefore not corrected. To validate the robustness of procedures, the geometrical errors of the same machine tool were measured by five measurement strategies using the same equipment. Each strategy is devised and carried out independently by a different person from several institutions. For each strategy, the geometrical compensations were applied to a set of nominal tool path points. The difference, between the nominal points and the compensated or uncompensated points was calculated. This criterion was used to discuss the procedures employed by the participants.     

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。     

基于外部机床坐标系偏移的热误差实时补偿

基于数控系统的外部机床坐标系偏移功能，通过修改数控系统中的PLC程序，将数控机床的热变形误差，即工件与刀具间的相对热运动值读入数控系统，利用外部机床坐标系的偏移而实现热误差的实时补偿，开发研制了高精度、低成本、满足实际要求的热误差实时补偿系统。经实际生产应用，机床的加工精度得到了大幅度提高。     

Thermal growth measurement and compensation for integrated spindles

The errors which affect the processing tolerance of a machine tool are due to the built-in volumetric errors in the machine tool structure and also the thermal displacement of the machine tools during its cutting. In this paper, a dual-displacement meter compensation system is developed. The new model has a better tolerance control than the single-displacement compensation meter method; also, it has a great potential for saving a machine’s warm-up time as well as enhancing productivity. A dual-displacement meter is designed to detect the variation of spindle thermal growth and a differential amplifier is applied which ensure a precise output signal tolerance of spindle thermal growth. The unstable signal which is an effect of flatness tolerance of spindle surface is then omitted. Finally, the spindle thermal growth compensations are successfully reduced. It meets the requirement of high-speed machining and high-precision machining application.