熱變形誤差是影響機床加工精度的重要因素之一

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1、熱變形誤差是影響機床加工精度的重要因素之一，通過誤差補償?shù)姆椒梢蕴釐u機床的加工精度。研究了通過實時補償熱變形誤差提高數(shù)控機床加丁.精度的萬法，闡述了熱誤差的基本原理，介紹了熱誤差的測量方法。采川模糊聚類的方法來布置測溫點，利用多元線形回歸方法建立了機床熱變形與溫升之間的數(shù)學模型。在補償系統(tǒng)的作用下，4:加丄過程中對數(shù)控機床進行實時補償。實驗結果表明補償效果很好。數(shù)控機床熱變形誤差檢測數(shù)控機床熱誤差補償技術主耍包括如下叫項內(nèi)容：測溫點的選擇；誤差信號的測量；信號處理與建模；誤差的補償控制與執(zhí)行。可見熱變形誤差檢測主要包拈兩個方面的內(nèi)界

2、：一足測景數(shù)控機床上若干測溫關鍵點的溫升；二足測朵主軸在三個方h'd上的漂移:即是對機床誤差的測W:。測溫點的選擇與溫度測朵合理正確的選擇溫度測點冇利于我們進行建模工作。木文首先采用模糊聚類的分析方法，對測溫點進行分類，再通過回歸分析中的修正的復判定系數(shù)對溫度變S進行優(yōu)化組合（由干機床熱誤差是由溫升引起的，所以這里我們選擇的溫度變呈為各測溫點的溫升），這樣既冇利滬減少測點的數(shù)量，乂避免了的誤差模型屮的變暈耦合，提高了誤差模型的精確性和魯棒性，保證了誤差補償模型的有效性。布置熱電偶傳感器測溫點的選擇-?般遵循如下原則：溫度傳感器的數(shù)景極

3、不少于內(nèi)部熱源的數(shù)景；傳感器應盡量靠近熱源；為獲取最佳的傳感器個數(shù)和位置，初期的測量實驗應設置盡量多的測量點,以保證不2：?失重要信總。根據(jù)對機床結構的分析、熱源分布、熱景傳播、敏感部分等的理論分析和初少實驗，在床身上比較重要的位置分布了個熱電偶傳感器測朵溫度，如閣8所示。熱電偶傳感器的位置與作用如表8所示。表?熱電1禺傳感器的4立笠矛CH乍用熱電偶傳姑器TZ2.、7^5TV位兩酋tf7S4^.4tti-1由孓冷屯動機作用主軸發(fā)熱主軸發(fā)熱電動機發(fā)熱熱誤差的測量系列加工中心主要是由主軸箱，立柱，工作臺和機床電氣部分組成。加工中心是全閉環(huán)

4、系統(tǒng)，三軸運動誤差由光柵尺的補償作川被消除，主要變形誤差是由主軸箱和主軸變形產(chǎn)生的。主軸箱箱體紂料為灰鑄鐵，軸承外套和主軸材料為45鋼，軸承內(nèi)外圈材料為軸承鋼。因此在機床運行時，由于各種材料的膨脹系數(shù)不同，軸承在徑I⑺和軸M產(chǎn)生的熱變形增加了軸承的預緊力，使摩擦力增人，摩擦產(chǎn)生的熱fi也增加。發(fā)熱fi的急劇增加使得主軸和主軸箱變形跫也急劇增加。機床熱誤差是由干在機床內(nèi)外熱源的作用下，刀ft相對干工件產(chǎn)生熱位移造成的。系統(tǒng)熱變形參數(shù)的測量主要釆川五點法，即在主軸上安裝標準芯棒，在yzzx下?面分別安裝兩個間距為的千分表，在平面安裝一個千

5、分表。在芯棒端面安裝一個千分表,其布局如閹所示。在機床未升溫狀態(tài)調(diào)整好千分表的讀數(shù)，對芯棒初始位置進行測堂，作為葙準參考值。然盾機床以一定的方式運轉(zhuǎn)，每隔一段時間對千分表進行讀數(shù)，并記錄數(shù)據(jù)。在新狀態(tài)下的測景值相對于參考值的變化反映了機床的熱漂夥，從所測熱漂移景可以得到各方向上的熱誤差。?為測位貨和?＞泛)是r分及泉z1機床h測溢點布置及丁分表的布置示意記錄實驗數(shù)據(jù)如圖2和圖3所示。3020直01357911131517192123采集次教可W20minM一次》v賴夜形垣實湖Z軸漂移示意罔1234567891O111213141516

6、17果旗次數(shù)(每問陶20rniri測一次》hFl2羊卜償前Y軸熱BS發(fā)1201OO80604020O閣3補償前Z軸熱識若熱誤差補償模型的建立方法多元線性回歸多元線性回歸是利用統(tǒng)計方法尋求多輸入和單輸fli關系的模型。A熱變形怙況下，W以得到一組表達多點測M溫度輸入和一個方h'd位移輸出關系的線性關系，因為熱變形是多方面的，所以每個方向可以分別獨立求得一組系數(shù)。各個方向合在一起，即可得到的多輸入多輸ry=+/8.X,+p2x2+??-4-/3yXy+e出模型。多元線性回歸的數(shù)學模型為0,62)y—Mo+O丨比丨—+辦2^2—X2J相應的

7、回歸方程為…+/，，，&,,-Sw)模型的建立機床的溫度場是連續(xù)并.FI.隨時間變化的，必須通過測雖溫度場中冇限個點的溫度，將溫度場離散化，卯且利川溫度傳感器測景得到t.川五點法來測景芯軸的熱誤差，分別為€巾于機床熱變形情況比較復雜，可利用多元線形1叫歸，通過多個溫度測點的線形組合來表示熱變形與溫度之間的關系凼于軸方向的誤差很小，可以不考慮。根據(jù)實驗所測數(shù)據(jù)，建立、軸熱誤差模型為：時間，熱誤差，為了驗證熱誤差的補償效果，進行補償后機泳實驗，結果顯示，機床誤差補償效果很好，、軸方句上的誤差都減小。K流程如圖7所示。*的Jrt卜時阿/mi

8、n4熱誤差的m合個育^已050501-1Is補稔f的y軸熱謀若次-C6補償后的Z軸熱誤差050505211-

9、PLC樸供系統(tǒng)1

10、數(shù)挽系統(tǒng)補償

11、閉7補償執(zhí)行流程間具體實現(xiàn)如下：在機床上采集1點和3點的溫度數(shù)據(jù)，利川多元回歸