考慮環(huán)境溫度的重型機(jī)床綜合誤差建模和補(bǔ)償.pdf

1、數(shù)控機(jī)床受內(nèi)外熱源共同作用產(chǎn)生較大的熱變形誤差，成為影響加工精度的主要因素。對(duì)于非恒溫條件下的重型數(shù)控機(jī)床，環(huán)境溫度引起的熱變形誤差占總熱誤差的比例更高，機(jī)床結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境溫度變化的熱變形響應(yīng)存在滯后，且響應(yīng)幅值與溫差也不是線性關(guān)系，環(huán)境溫度成為影響重型機(jī)床的包含幾何誤差和熱誤差的綜合誤差建模和補(bǔ)償?shù)闹饕獑?wèn)題。本文將研究重型數(shù)控機(jī)床的誤差建模和補(bǔ)償方法，主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　針對(duì)重型機(jī)床受環(huán)境溫度波動(dòng)引起的緩慢時(shí)滯熱變形

2、問(wèn)題，在大量實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合傅立葉級(jí)數(shù)分解理論、牛頓熱力學(xué)定律和集總熱容原理，提出了一種用解析形式的環(huán)境溫度替代實(shí)測(cè)環(huán)境溫度的方法，并將預(yù)測(cè)的解析溫度用于熱誤差建模的方法。通過(guò)該方法獲得的環(huán)境溫度預(yù)測(cè)解析模型，具有時(shí)間、頻率、相位信息，包含當(dāng)前溫度和歷史溫度，能夠替代離散的實(shí)測(cè)溫度用于熱誤差建模。
　　研究分析了外界環(huán)境熱源與內(nèi)部熱源引起的機(jī)床熱誤差響應(yīng)的區(qū)別，建立了一種考慮環(huán)境溫度的主軸熱誤差模型，該模型由兩部分構(gòu)成，一部

3、分預(yù)測(cè)環(huán)境溫度引起的非線性熱致誤差，另一部分預(yù)測(cè)剔除環(huán)境溫度影響后的主軸升溫引起的熱誤差。對(duì)比驗(yàn)證表明，該方法建模預(yù)測(cè)精度更高，更加適合于重型機(jī)床的熱誤差建模。
　　研究了重型機(jī)床移動(dòng)軸綜合誤差的特征，提出了幾何誤差和熱誤差快速測(cè)量和辨識(shí)的方法。該方法利用多普勒激光干涉儀，結(jié)合激光矢量法，辨識(shí)出包含定位誤差、直線度誤差和垂直度誤差等多項(xiàng)幾何誤差，以及這些誤差在不同的機(jī)床溫度條件下的變化特征。結(jié)合機(jī)床對(duì)環(huán)境溫度的熱誤差響應(yīng)模型和主軸

4、單元的熱誤差預(yù)測(cè)方法，建立了包含時(shí)間、位置坐標(biāo)、最優(yōu)測(cè)點(diǎn)溫度的綜合誤差模型，并在多款重型機(jī)床進(jìn)行了模型的參數(shù)辨識(shí)及預(yù)測(cè)效果驗(yàn)證。
　　研究了將綜合誤差模型集成于數(shù)控系統(tǒng)的方法，在國(guó)產(chǎn)華中數(shù)控HNC-818B系統(tǒng)開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了模型的嵌入式集成，并且在西門(mén)子840D數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行PLC編程實(shí)現(xiàn)模型的集成。在多臺(tái)重型機(jī)床進(jìn)行了綜合熱誤差補(bǔ)償效果測(cè)量對(duì)比驗(yàn)證，并進(jìn)行了零件加工對(duì)比驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，誤差補(bǔ)償模型對(duì)季節(jié)溫度變化和機(jī)床

5、坐標(biāo)位置變化適應(yīng)能力強(qiáng)，在不同的環(huán)境溫度、機(jī)床位置、主軸轉(zhuǎn)速等條件下能夠減少60％以上的綜合誤差，且實(shí)施補(bǔ)償后重型機(jī)床的熱機(jī)時(shí)間從數(shù)小時(shí)減少到不超過(guò)30分鐘，有效提高了數(shù)控機(jī)床的加工精度和機(jī)床使用效率。
　　研究了確保綜合誤差補(bǔ)償模型在集成應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性的方法，提出利用信息熵進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)判斷的方法，提取溫度傳感器數(shù)據(jù)的信息相關(guān)系數(shù)，將待檢樣本與正常總體的信息相關(guān)系數(shù)進(jìn)行比較，實(shí)時(shí)判斷傳感器是否異常。建立總體正常數(shù)據(jù)的各