立式加工中心主軸熱誤差預(yù)測(cè)及補(bǔ)償.pdf

1、高速精密加工過程中，數(shù)控機(jī)床軸承、導(dǎo)軌、絲杠等摩擦產(chǎn)生的熱量及環(huán)境溫度的變化等引起機(jī)床零部件溫度的變化，進(jìn)而由于熱脹冷縮現(xiàn)象導(dǎo)致機(jī)床零部件的熱變形，使得熱誤差成為影響數(shù)控機(jī)床加工精度的主要因素之一。對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行熱態(tài)特性分析，建立高精度的機(jī)床熱誤差補(bǔ)償模型，可以達(dá)到減小加工誤差，提高加工精度的目的。
　　由于機(jī)床主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)下產(chǎn)生大量的熱量，因此機(jī)床的加工精度在很大程度上依賴于機(jī)床主軸的精度。對(duì)主軸熱變形影響最大的因素是主軸前后軸

2、承的摩擦熱。當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，主軸前后軸承摩擦生熱，產(chǎn)生的熱量傳遞到主軸、刀柄等，導(dǎo)致主軸系統(tǒng)的熱變形，從而影響機(jī)床的加工精度。
　　本文基于立式加工中心主軸系統(tǒng)的熱態(tài)特性實(shí)驗(yàn)分析，分別建立了基于指數(shù)函數(shù)的機(jī)床主軸熱誤差補(bǔ)償模型、基于時(shí)序分析的機(jī)床主軸熱誤差補(bǔ)償模型及基于殘差分析的機(jī)床主軸混合熱誤差補(bǔ)償模型用于減少主軸熱變形對(duì)主軸熱變形量的影響。主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　(1)設(shè)計(jì)了機(jī)床主軸系統(tǒng)熱態(tài)特性分析實(shí)驗(yàn)，測(cè)量機(jī)床主軸熱變形

3、量、主軸軸端溫度及機(jī)床環(huán)境溫度。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究了機(jī)床主軸溫度場(chǎng)及熱變形量的變化規(guī)律。
　　(2)在對(duì)機(jī)床主軸進(jìn)行熱特性分析的基礎(chǔ)上，建立了基于指數(shù)函數(shù)的機(jī)床主軸熱誤差補(bǔ)償模型。通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)證明該模型在主軸恒速運(yùn)轉(zhuǎn)和變速運(yùn)轉(zhuǎn)兩種工況下均具有較高的精度，并且建模時(shí)間短、成本低，能夠方便快速的應(yīng)用到工廠生產(chǎn)環(huán)境中。但該模型為離線建模，需要進(jìn)行多次建模，否則難以適應(yīng)變化的加工條件要求和季節(jié)的交替變化，魯棒性不足。
　　(3

4、)應(yīng)用時(shí)間序列分析法建立的基于時(shí)序分析的機(jī)床主軸熱誤差補(bǔ)償模型。論述了如何應(yīng)用熱誤差時(shí)間序列建立熱誤差補(bǔ)償模型，并通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)證明該模型在主軸恒速運(yùn)轉(zhuǎn)和變速運(yùn)轉(zhuǎn)兩種工況下均具有較高的精度。與基于指數(shù)函數(shù)的熱誤差補(bǔ)償模型相比，該模型為在線補(bǔ)償模型，能夠反映熱誤差周期性變化規(guī)律及隨機(jī)性變化規(guī)律，且魯棒性好。但該模型不能對(duì)機(jī)床主軸前期熱誤差進(jìn)行補(bǔ)償。
　　(4)充分利用基于指數(shù)函數(shù)的熱誤差補(bǔ)償模型反映熱誤差趨勢(shì)性的特點(diǎn)及基于時(shí)序分析的熱