濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯有限元分析

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯</p><p>　　題 目 有限元分析法有效評估由 </p><p>　　溫度擾動(dòng)引起的機(jī)床失真 </p><p>　　學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)

2、 </p><p>　　班 級 </p><p>　　學(xué) 生 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p&

3、gt;<p>　　二〇一 年 月 日</p><p>　　Contents lists available at SciVerse ScienceDirect</p><p>　　j o ur nal homep age: www.elsevier.com/locate/precision</p><p>　　有限元分析法有效評估由溫度擾動(dòng)引起的機(jī)

4、床失真</p><p>　　美國弗萊徹,A.P.龍斯達(dá)夫,a·邁爾斯</p><p>　　英國哈德斯菲爾德大學(xué)精密技術(shù)中心</p><p><b>　　摘 要 </b></p><p>　　機(jī)床易受外因影響,主要來自不同的環(huán)境條件，如日夜或季節(jié)轉(zhuǎn)換期間導(dǎo)致的大的溫度的動(dòng)的發(fā)生。熱梯度引起熱流動(dòng)通過機(jī)械結(jié)構(gòu)的

5、非線性結(jié)構(gòu)變形判斷是否在機(jī)床在操作或在靜態(tài)模式。在機(jī)床的長期使用中，這些環(huán)境刺激結(jié)合內(nèi)部生成的熱量共同導(dǎo)致操作誤差。在大多數(shù)工程產(chǎn)業(yè)中，環(huán)境測試通常是被避免的，因?yàn)樾枰獧C(jī)器停機(jī)時(shí)間和相關(guān)的實(shí)證關(guān)系及相應(yīng)的生產(chǎn)成本。摘要提出了一種新穎的離線熱誤差建模方法使用有限元分析(FEA)顯著減少機(jī)器停機(jī)時(shí)間要求建立熱響應(yīng)。它還描述了校準(zhǔn)模型所需使用的高效的在機(jī)測量策略。這項(xiàng)技術(shù)是創(chuàng)建一個(gè)機(jī)器緊隨其后的有限元分析模型的應(yīng)用提出的方法中,初始熱狀態(tài)的計(jì)

6、算機(jī)和模擬計(jì)算機(jī)模型相配。一個(gè)額外的好處是,該方法確定所需的最小實(shí)驗(yàn)測試時(shí)間的機(jī)器上,然后充分了解生產(chǎn)管理的生產(chǎn)成本建立這一重要參數(shù)的準(zhǔn)確性。這項(xiàng)工作的最重要貢獻(xiàn)是提出了在一個(gè)典型的案例研究;熱模型校準(zhǔn)從兩周減少到幾個(gè)小時(shí)。驗(yàn)證工作已經(jīng)進(jìn)行了超過一年的時(shí)間建立全面的季節(jié)性變化，在一年中的不同時(shí)間明顯不同的日變化的魯棒性。樣本的數(shù)據(jù)提出了基于有限元分析的方法和相關(guān)技術(shù),表明實(shí)驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)致的殘余誤差小于12微米。</p><

7、;p>　　關(guān)鍵詞 有限元分析 精度 機(jī)床精度 環(huán)境溫度的波動(dòng) 環(huán)境溫度 熱誤差</p><p><b>　　1 介紹</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)所在的車間環(huán)境對制造精度至關(guān)重要。溫度控制的環(huán)境要求較高的資本投資和運(yùn)行成本，這是不可取的,有時(shí)不切實(shí)際。溫度控制的環(huán)境中,不斷變化的晝夜循環(huán)轉(zhuǎn)換和無數(shù)其他來源會(huì)導(dǎo)致環(huán)境溫度在規(guī)模和變化率

8、上都發(fā)生顯著的變化。這些時(shí)間的波動(dòng)會(huì)引起空間在機(jī)床熱梯度; 熱流通過結(jié)構(gòu)隨著時(shí)間的推移會(huì)導(dǎo)致非線性的變形。幾個(gè)研究項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行識別、預(yù)測和補(bǔ)償?shù)目傮w影響機(jī)床溫度分布，但主要強(qiáng)調(diào)解決內(nèi)部產(chǎn)生熱量的影響,尤其在加工過程中從主軸傳來的。例如，郝 用一種基于遺傳算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GA-BPN）方法，用16溫度計(jì)放在主軸上，主軸箱，軸絲杠和對車床動(dòng)態(tài)和高度非線性的熱誤差補(bǔ)償。只使用一個(gè)環(huán)境溫度傳感器，可能不足以捕獲機(jī)器周圍的詳細(xì)環(huán)境行為 。作者

9、報(bào)道了熱誤差補(bǔ)償提高63%。如果進(jìn)一步減少詳細(xì)的外部環(huán)境溫度波動(dòng)被認(rèn)為是可能的。同樣,楊等人的研究。[4]測試INDEX-G200車削中心和使用MRA技術(shù)來預(yù)測它的熱的準(zhǔn)確性。分析結(jié)果表明,熱誤差范圍半徑方向機(jī)大約是18微米，高于預(yù)期。14熱傳感器被安裝在組和只有一個(gè)環(huán)境傳感器使用。而建模，6溫度組別變量被構(gòu)造和該模型被認(rèn)為是對環(huán)境溫度升高的線性函數(shù)。經(jīng)過長達(dá)四小</p><p>　　許多研究人員注意各種來源對機(jī)

10、床環(huán)境的熱漂移出現(xiàn)，而他們強(qiáng)調(diào)的詳細(xì)環(huán)境測試所需的停機(jī)時(shí)間，以及分析建模方法和建模的時(shí)間。在金剛石車削機(jī)床，進(jìn)行切削試驗(yàn)24小時(shí)，雷克夫和博德特注意到環(huán)境溫度變化的誤差的重要性和影響（環(huán)境溫度變化誤差）。弗萊徹等人[8]，通過65小時(shí)的測試，提供了有關(guān)環(huán)保的循環(huán)波動(dòng)和漂移與誤差減少了50％的信息，但提醒注意由量熱測試中有害的停機(jī)時(shí)間。龍斯達(dá)夫等人[2]顯示由環(huán)境波動(dòng)加上長期加工產(chǎn)生的熱誤差測量進(jìn)行多次測試。作者還強(qiáng)調(diào)了一些意想不到的，對

11、機(jī)床精度的影響環(huán)境的快速波動(dòng)。他們還強(qiáng)調(diào)了與測量相關(guān)的停機(jī)時(shí)間問題。吉德瑞等人，論述了提高機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)減少焦點(diǎn)熱誤差的復(fù)雜性。機(jī)器的高度精確的熱模型需要考慮各種參數(shù)的熱行為。例如，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為2.5天的環(huán)境變</p><p>　　化的影響，由于保護(hù)和軸承套高速主軸的熱效應(yīng)出現(xiàn)。石英直邊被安裝在機(jī)器中間支撐梁為藍(lán)本的環(huán)境效應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，固定在左側(cè)直邊產(chǎn)生的誤差是在其他三個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行測試誤差中最低。以有限元分析等建模時(shí)間不

12、明確、操作條件不明確的相關(guān)信息。由把曼和納普[10]，同時(shí)顯示了如何增加測量點(diǎn)的數(shù)量（4至60）所示的有關(guān)熱漂移的影響的擔(dān)憂可能會(huì)導(dǎo)致減少不確定性和更高的精度旋轉(zhuǎn)C軸確定的位置誤差。作者報(bào)道,進(jìn)一步提高測量的點(diǎn)只會(huì)導(dǎo)致有限的改進(jìn),因?yàn)樗赡軙?huì)導(dǎo)致額外的時(shí)間測量,增加了不確定性的環(huán)境或環(huán)境溫度變化引起的熱效應(yīng),直到測量完成。</p><p>　　這是一個(gè)激烈的從偉大的強(qiáng)調(diào)給定的控制到內(nèi)部加熱熱效應(yīng)的討論。其結(jié)果是大

13、多數(shù)現(xiàn)有的商業(yè)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)處理軸生長和主軸發(fā)熱，而忽略了其對結(jié)構(gòu)的其余部分環(huán)境影響。這是很明顯的，大量的停機(jī)時(shí)間是由于每天或每周的環(huán)境測試占據(jù)主導(dǎo)地位。龍斯達(dá)夫等人，[2]報(bào)道對于經(jīng)歷一個(gè)周末關(guān)機(jī)的機(jī)器一個(gè)顯著的問題。在大多數(shù)情況下的環(huán)境測試，以建立溫度與反應(yīng)之間的關(guān)系，避免因成本與生產(chǎn)機(jī)器的停機(jī)時(shí)間有關(guān)。然而，這種遺漏可能爭取機(jī)床的最佳的精度時(shí)是至關(guān)重要的。問題是，因?yàn)闂l件在此期間，測試數(shù)據(jù)可以被收購是非常有限相比，真正的變化在設(shè)備操

14、作和自然季節(jié)的范圍加劇。</p><p>　　本文提出了一種新的脫機(jī)環(huán)境熱誤差建模方法，基于有限元分析，大大降低了有效的熱特性所需的停機(jī)時(shí)間。在生產(chǎn)機(jī)床在一年多時(shí)間，該建模方法已成功測試和驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)非常穩(wěn)定(本文的樣本數(shù)據(jù)提出了兩個(gè)賽季期間測量)。驗(yàn)證證實(shí)了該方法的潛力，以減少機(jī)器的停機(jī)時(shí)間通常需要幾個(gè)小時(shí)到一兩周的環(huán)境測試。該文件還強(qiáng)調(diào)了在一臺機(jī)床的季節(jié)性環(huán)境溫度變化和垂直溫度梯度內(nèi)的車間環(huán)境中存在的影響。本文

15、還介紹了在任何方便的維護(hù)期間，有效地放置溫度傳感器機(jī)測量的方法來獲得所需的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　2 提出方法</b></p><p>　　一般情況下，環(huán)境溫度的變化并不像快速那些從內(nèi)部產(chǎn)生的來源，如主軸。此外，可以有幾種不同的結(jié)構(gòu)響應(yīng)需要不同的計(jì)量設(shè)備來測量,不能同時(shí)使用。因此，環(huán)境試驗(yàn)通常需要來自兩個(gè)天至數(shù)周，以獲得足夠的數(shù)據(jù)來建立不同的溫度分布和本機(jī)

16、的響應(yīng)之間的各種關(guān)系。為了克服機(jī)器的停機(jī)問題，基于兩個(gè)階段的有限元分析的新的建模方法，提出了在計(jì)算機(jī)輔助繪圖（CAD）是在有限元軟件創(chuàng)建的機(jī)器模型（本文采用ABAQUS 6.7-1/standard）[ 11 ]。在本研究中。</p><p>　　2.1 有限元建模</p><p>　　在實(shí)際中，機(jī)械工具很少存在熱平衡。因此，建立用于FEA模擬的初始條件 環(huán)境變化呈現(xiàn)出顯著問題，因?yàn)樗?/p>

17、有限元分析和比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果。為了代表機(jī)器結(jié)構(gòu)的實(shí)際初始熱狀態(tài)，進(jìn)行實(shí)際溫度梯度測量，并應(yīng)用到該模型，是個(gè)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)溫度傳感器在機(jī)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)環(huán)位置的應(yīng)用程序是費(fèi)力，而且容易定位在敏感地區(qū)的不確定性。而相比之下，熱誤差從運(yùn)行的機(jī)器所在的熱源是很容易以確定應(yīng)用程序中的傳感器，環(huán)境的變化會(huì)影響整體結(jié)構(gòu)。然而，即使這樣的實(shí)現(xiàn)，造型機(jī)中的有限元分析軟件的初始熱狀態(tài)仍然具有挑戰(zhàn)性。</p><p>　　圖。1

18、。機(jī)器組件的與Z軸頭產(chǎn)生的CAD模型向上移動(dòng)相比，[1]在本質(zhì)上呈現(xiàn)對應(yīng)于新的測試條件較新的模型。</p><p>　　分段建模的部分軟件和應(yīng)用單獨(dú)的溫度可能代表了最初的熱狀態(tài)，可能會(huì)導(dǎo)致不正確的溫度梯度由于段接頭，但它是一個(gè)艱巨的任務(wù)。這個(gè)問題是通過將所提出的方法，用于確定機(jī)器模型的初始熱狀態(tài)，還提供了所需的一臺機(jī)器（第2.3節(jié)）上的環(huán)境試驗(yàn)的最小時(shí)間的估計(jì)解決。</p><p>　　2

19、.1.1 機(jī)器型號</p><p>　　需要機(jī)器的模型。對于案例學(xué)習(xí)機(jī)，由文獻(xiàn)[1]對于內(nèi)部產(chǎn)生的熱量所描述的模型來估算長期的環(huán)境響應(yīng)。本機(jī)是一種精密3軸立式加工中心（VMC）與精度可達(dá)3微米，通過制造一臺NAS-979組件[12]進(jìn)行測試。機(jī)器的簡化模型被用來進(jìn)行環(huán)境的脫機(jī)模擬 其詳情在機(jī)器的行為，示于圖1。</p><p>　　該模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分使用四面體，六面體和六面體為主（六面體/

20、楔形）在適用的使用ABAQUS默認(rèn)的網(wǎng)格技術(shù)，揭示了49919個(gè)單元和20418節(jié)點(diǎn)的總元素。圖2顯示了嚙合，機(jī)器裝配。所有的模擬進(jìn)行瞬態(tài)熱模擬，從溫度傳感器的數(shù)據(jù)用表格幅技術(shù)在軟件。</p><p>　　2.2 機(jī)器的初始熱狀態(tài)估計(jì)</p><p>　　通常，之前的任何試驗(yàn)開始時(shí)，機(jī)器元件表現(xiàn)出溫度的變化，由于時(shí)間和空間的熱梯度的存在。特別是，垂直溫度梯度已被發(fā)現(xiàn)是顯著[2,13].因此

21、,它是不可能實(shí)現(xiàn)的精確設(shè)置組件的初始溫度有限元分析軟件符合現(xiàn)實(shí)。兩級仿真的新技術(shù)在有限元分析設(shè)計(jì)和應(yīng)用來解決這個(gè)問題。第一階段模擬實(shí)際上會(huì)估計(jì)所需的時(shí)間跨度機(jī)有限元分析模型“吸收”的全球應(yīng)用溫度溫度變化代表最大的變化可能發(fā)生在機(jī)器結(jié)構(gòu).。這個(gè)時(shí)間稱為“沉淀時(shí)間”和代表的溫升時(shí)間穩(wěn)定狀態(tài)機(jī)模型當(dāng)“吸收”應(yīng)用的溫度。穩(wěn)定時(shí)間也代表了這是第2.3節(jié)所述所需的上機(jī)測試的最小時(shí)間。這是緊隨其后的是第二階段的正常環(huán)境模擬,可用于誤差模型,并與實(shí)驗(yàn)進(jìn)

22、行驗(yàn)證。</p><p>　　建立了模擬，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的車間溫度20?C作為一個(gè)統(tǒng)一的參數(shù)對機(jī)器的完整的模型在ABAQUS軟件一個(gè)預(yù)定義的字段。由于本文的重點(diǎn)是企圖證明的方法，并在有限元分析過程中保持相對簡單，整個(gè)模型應(yīng)用于具有的對流傳熱系數(shù)6 W米-2?C-1[1]這是實(shí)驗(yàn)計(jì)算出的各個(gè)傳熱系數(shù)的平均值[1]。人們承認(rèn)，表面特定系數(shù)的更詳細(xì)的應(yīng)用可以提高仿真精度（參見4.2節(jié)）。估計(jì)時(shí)間，模型進(jìn)行了仿真直到它達(dá)到一個(gè)

23、溫度變化反映了全球之間的變異假設(shè)20?C和應(yīng)用的溫度。仿真進(jìn)行了1?C的溫度變化來估計(jì)溫度上升時(shí)間。</p><p>　　圖。2。機(jī)器的網(wǎng)狀模型。</p><p>　　N.S.勉等人。 /精密工程37（2013）372 - 379</p><p>　　圖。3。12.5?穩(wěn)定時(shí)間終被外界關(guān)注這款機(jī)器的有限元模型。</p><p>　　在模擬結(jié)束

24、整個(gè)機(jī)器型號的溫度是均勻的，這確保了隨機(jī)節(jié)點(diǎn)的選擇來繪制的穩(wěn)定時(shí)間。模擬的結(jié)果顯示，該機(jī)器模型從20?下在12.5 ?其初始溫度達(dá)到1?C的溫度變化為99.99％，如圖所示3。這表明，沉降時(shí)間因?yàn)闄C(jī)器的初始熱狀態(tài)是未知的在模擬的開始，本機(jī)的有限元模型需要沉淀的時(shí)間來吸收應(yīng)用記錄環(huán)境溫度數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)的溫度分布應(yīng)與實(shí)機(jī)的熱狀態(tài)同步。</p><p><b>　　模型校準(zhǔn)</b></p>

25、<p>　　模型校準(zhǔn)序列與沉降時(shí)間的確定。沉淀時(shí)間顯示所需的最小環(huán)境試驗(yàn)時(shí)間這機(jī)床都是一個(gè)重要的參數(shù); 生產(chǎn)管理估算成本對生產(chǎn)和準(zhǔn)確性 ，尤其是當(dāng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行環(huán)境模擬前機(jī)器有限元模型的初始熱態(tài)有限元分析的結(jié)果。因此環(huán)境測試機(jī)器上進(jìn)行必須確保穩(wěn)定時(shí)間。該測試隨后必須繼續(xù)經(jīng)過一段長時(shí)間諸如兩天或三天來建立本機(jī)的熱行為和第二階段在模擬過程中在車間內(nèi)發(fā)生的環(huán)境波動(dòng)之間的關(guān)系。為了連續(xù)記錄在機(jī)器生產(chǎn)，記錄數(shù)據(jù)的環(huán)境傳感器必須位于左側(cè)。由

26、于建立時(shí)間的確定，因此幾乎沒有停機(jī)的時(shí)間是在模型校準(zhǔn)和這種建模方法的應(yīng)用程序所需的脫機(jī)處理。溫度傳感器可以位于機(jī)器在任何方便的維修計(jì)劃位置。</p><p><b>　　方法的驗(yàn)證</b></p><p>　　案例研究機(jī)器，在2.1.1中描述，建模和描述的校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度變化誤差（ETVE）[14]試驗(yàn)，對3軸立式加工中心歷時(shí)整整一年，不僅驗(yàn)證，但確認(rèn)擬議的方法的魯

27、棒性進(jìn)行的，但是從兩個(gè)季節(jié)（夏季數(shù)據(jù)的樣本和冬季）呈列。被選擇三天（連續(xù)）測試期間，以確保在設(shè)定時(shí)間（12.5小時(shí)）的數(shù)據(jù)記錄，以及過程上的標(biāo)稱靜態(tài)機(jī)床正常24小時(shí)期間以突出的熱性能。這意味著機(jī)器的驅(qū)動(dòng)器處于非活動(dòng)狀態(tài)，以避免來自位置編碼器反饋校正;在本質(zhì)上取得的機(jī)器結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形。在該驗(yàn)證階段沒有以任何方式修改本機(jī)的機(jī)型。</p><p>　　3.1 溫度和位移傳感器的位置</p><p&g

28、t;　　該機(jī)器已經(jīng)配備了65表面溫度傳感器獨(dú)特的帶[15]，用于測量所造成的內(nèi)部熱源詳細(xì)的熱梯度。另外七面?zhèn)鞲衅鞣胖迷诹衼砀欉@個(gè)高的環(huán)境溫度梯度分布結(jié)構(gòu)和一個(gè)表面?zhèn)鞲衅鞴潭ㄔ诘鬃?。三個(gè)環(huán)境傳感器被放置在機(jī)器內(nèi)部,在機(jī)器的列和相鄰基礎(chǔ)測量環(huán)境溫度變化。五個(gè)非接觸式位移傳感器（NCDTs）置于圍繞一個(gè)心軸試驗(yàn)監(jiān)測試驗(yàn)心軸的X，Y的位移和傾斜軸和Z軸方向。400毫米厚殷鋼被用于支持NCDTs。殷鋼是合金鋼,熱膨脹系數(shù)很低(1.2 m?1

29、K?1)從而降低環(huán)境溫度變化的影響。傳感器位置如圖4所示。參照相應(yīng)的傳感器，內(nèi)部環(huán)境傳感器是位移由1米左右垂直0.5米水平，而柱式傳感器約為1.2米垂直2米水平距離。</p><p>　　圖4。溫度和位移的測量位置。</p><p>　　圖。5。3天期間（夏季測試）得到的溫度曲線。</p><p><b>　　3.2 夏季測試</b><

30、/p><p>　　從上主軸首領(lǐng)和環(huán)境傳感器，用于3天的期間內(nèi)面?zhèn)鞲衅鳙@取的溫度信息被顯示在圖5。在開始測試、垂直溫度梯度的存在的機(jī)器1?C測量基礎(chǔ)環(huán)境傳感器和列之間的環(huán)境傳感器,產(chǎn)生上述復(fù)雜的初始狀態(tài)。它也可能是感興趣的，該柱環(huán)境傳感器和基底周圍的傳感器之間的垂直溫度差波動(dòng)約為2.5?C范圍內(nèi)，在試驗(yàn)范圍是從各種來源產(chǎn)生的車間的環(huán)境溫度范圍內(nèi)的溫度不穩(wěn)定的進(jìn)一步證據(jù)，如作為日夜轉(zhuǎn)換。打開和關(guān)閉車間大門時(shí)，溫度的波動(dòng)也

31、會(huì)發(fā)生。</p><p>　　圖6示出了室內(nèi)空氣的溫度和在Y軸和Z軸的心軸的位移測量。Y軸位移跟著溫度變化相當(dāng)密切，而Z軸位移滯后多達(dá)3.6小時(shí)有些地方的溫度。Y軸上的分析結(jié)果(使用NCDTs頂部和底部)顯示30 m / m的傾斜禮物可能會(huì)造成非均勻復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的扭曲導(dǎo)致了快速反應(yīng)溫度變化;。而反應(yīng)遲緩的z軸可能是來自純擴(kuò)張。整體位移范圍大約是Y的12米。大約4?C，28米的z軸的整體溫度擺動(dòng)超過3天，x軸結(jié)果可

32、以忽略不計(jì),因?yàn)闄C(jī)器在這個(gè)方向的對稱。 </p><p>　　該測試將驗(yàn)證環(huán)境的波動(dòng)引起的熱變形的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并證明了在一臺機(jī)床的精度劣化的假說。還發(fā)現(xiàn)了,在車間垂直溫度梯度隨高度增大而升高的關(guān)鍵。</p><p>　　圖。 6。Y和Z軸的位移和測量的環(huán)境溫度機(jī)器內(nèi)部（夏季測試）</p><p>　　7。溫度梯度在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的第一階段之后（12.5小時(shí)）即</

33、p><p>　　圖。 7。溫度梯度在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的第一階段之后（12.5小時(shí)）即代表實(shí)際的初始熱狀態(tài)（夏季測試） - （NT11 - 節(jié)點(diǎn)溫度）。</p><p><b>　　驗(yàn)證穩(wěn)定時(shí)間的方法</b></p><p>　　這臺機(jī)器模型的沉降時(shí)間確定為12.5 h因此數(shù)據(jù)覆蓋這個(gè)時(shí)間跨度選擇從第一階段中使用的測量環(huán)境數(shù)據(jù)和模擬。如前所述，溫度數(shù)據(jù)作為

34、仿真階段使用表格幅技術(shù)軟件中的一個(gè)短暫的功能。從基部傳感器的溫度數(shù)據(jù)被施加到基，從里面的環(huán)境傳感器的信息被施加到載體/主軸/刀具和被施加到柱從柱環(huán)境傳感器所獲得的表和溫度信息。從第一級仿真結(jié)果必須不僅提供了正確的溫度分布也是正確的熱存儲(chǔ)器，以匹配實(shí)際機(jī)器的起動(dòng)條件。必須指出只使用環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬,可以捕獲沒有機(jī)器停機(jī)時(shí)間,表面只傳感器是用來比較和相關(guān)模擬結(jié)果。圖7示出了模擬的溫度梯度在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的沉降后時(shí)間應(yīng)該代表了12.5?范圍后的實(shí)

35、際表面溫度梯度已失效。預(yù)測的</p><p>　　初始熱態(tài)顯露是在哪里在傳感器表面放置和表1所示點(diǎn)測量±0.2?C范圍內(nèi)。</p><p>　　建立時(shí)間仿真后，一個(gè)正常的環(huán)境模擬，然后在使用所記錄的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)的剩余部分的第二階段運(yùn)行。所測量的和模擬的更新結(jié)果繪制為主要第二階段 模擬，得到的模擬誤差表和工具（測試心軸）之間的位移的差異。相比，測得的結(jié)果，該相關(guān)系數(shù)分別為60％，而

36、Y位移剖面（圖8）和Z軸位移曲線（圖9）的63％。殘余誤差不到5微米的Y軸和Z軸少于11微米。包括沉淀時(shí)間,單獨(dú)模擬溫度和位移分別花了大約30和40分鐘(70分鐘)。所使用的電腦有典型的PC規(guī)格：AMD羿龍9950四核2.60 GHz處理器，4 GB內(nèi)存，NVIDIA的GeForce9400 GT顯卡和Windows XP32位操作系統(tǒng)的大約3?C范圍內(nèi)對測試范圍的闡述，即使是垂直溫差變化范圍內(nèi)類似的垂直距離在不同的季節(jié)。峰值是懷疑是短

37、時(shí)間內(nèi)的開放車間門送貨導(dǎo)致車間環(huán)境溫度降低。</p><p>　　N.S.勉等人。 /精密工程37（2013）372 – 379</p><p>　　圖。8。實(shí)測和模擬Y軸位移之間的相關(guān)性穩(wěn)定時(shí)間刪除。</p><p>　　圖9。測量和模擬的Z軸位移之間的關(guān)系建立時(shí)間刪除。</p><p>　　圖。11。Y和Z軸的位移和測量的環(huán)境溫度機(jī)器內(nèi)部

38、。</p><p>　　圖11示出內(nèi)的空氣溫度和機(jī)器的變形，在Y軸和Z軸方向測得。兩個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)遵循的溫度變化而Z軸位移，但隨后與大約5小時(shí)的滯后這個(gè)時(shí)候。Y軸的整體運(yùn)動(dòng)是18米和35 m Z軸的整體溫度約5?C的搖擺3天. 這一增長預(yù)期,因?yàn)橐惶旌鸵雇砑訜徂D(zhuǎn)換被夸大。</p><p><b>　　。</b></p><p>　　圖。 12。溫度

39、梯度在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的第一階段之后（12.5小時(shí)）即 代表實(shí)際的初始熱狀態(tài)（冬季測試）。</p><p>　　12.5 H（冬季測試）后，表2的比較測量和模擬表面溫度。</p><p>　　結(jié)構(gòu) 測量溫度 模擬溫度</p><p>　　主軸版面

40、 21.7 21.7</p><p>　　圓柱面 21 20.9</p><p>　　承載頭表面 21.6 21.9&l

41、t;/p><p>　　基面 21.9 21.9</p><p><b>　　表3 總結(jié)結(jié)果</b></p><p>　　Y漂移（微米） Y模型誤差（微米） Y的改進(jìn)（﹪） Z漂移 （微米） Z模型誤差（微米） Z的改進(jìn) （﹪） <

42、;/p><p>　　夏天 12 4.6 60 28 10 63</p><p>　　冬天 18 6.3 63 35 11.7 67</p><p

43、>　　圖。13。實(shí)測和模擬Y軸位移之間的相關(guān)性穩(wěn)定時(shí)間刪除。</p><p>　　4.1 有限元模擬（離線評估 - 冬季測試）</p><p>　　一個(gè)類似的過程，使用模擬模型。在第一階段中，記錄的數(shù)據(jù)為12.5 h的用于建立時(shí)間和以前一樣，隨后在第二階段中的環(huán)境模擬。圖12顯示了穩(wěn)定時(shí)間它代表了</p><p>　　真正的表面溫度梯度的12.5?跨度已失效后

44、后模擬溫度梯度結(jié)構(gòu)。預(yù)測的初始熱態(tài)顯露是在哪里在傳感器表面被放置在表2所示點(diǎn)測量±0.2?C的范圍內(nèi)。</p><p>　　4.1.1 冬季測試的相關(guān)性</p><p>　　模擬結(jié)果與實(shí)測斷面的關(guān)聯(lián)63% Y移動(dòng)配置文件(圖13)和67%的Z運(yùn)動(dòng)概要文件(圖14)。殘余誤差小于7米Y和Z少于12米。</p><p>　　冬季測試不僅驗(yàn)證了建模方法的能力，但

45、也證實(shí)了它的堅(jiān)固性。CAD模型，獲得穩(wěn)定時(shí)間和有限元仿真環(huán)境的發(fā)展是離線進(jìn)行。溫度傳感器可以安裝在任何方便的維護(hù)計(jì)劃和環(huán)境溫度數(shù)據(jù)可被記錄在機(jī)器中的生產(chǎn)，因此是非侵入性的，以生產(chǎn)和成本涉及有效作為一般沒有機(jī)器的停機(jī)時(shí)間。它也強(qiáng)調(diào)，穩(wěn)定時(shí)間12.5 H可代表所需要的，可以同時(shí)該機(jī)在生產(chǎn)中記錄的溫度數(shù)據(jù)采集的最短時(shí)間。</p><p>　　圖。 14。實(shí)測和模擬Z軸位移之間的相關(guān)性穩(wěn)定時(shí)間刪除。</p>

46、<p>　　4.2 業(yè)績概要</p><p>　　這里介紹的，一個(gè)有限元分析得到的電機(jī)熱模型的建立是在夏天使用一個(gè)12.5小時(shí)的沉降時(shí)間的方法。表3總結(jié)了結(jié)果?？梢杂^察到，相對于良好的溫度相關(guān)性（> 90％），本機(jī)的預(yù)測定位與測得的運(yùn)動(dòng)匹配的60-67％范圍內(nèi)。這被懷疑是由于在這種情況下，研究中所用的有限元分析模型中的平均傳熱系數(shù)的值?？梢灶A(yù)料的是，定位結(jié)果可以關(guān)聯(lián)時(shí)更好的FEA模型 施加

47、與該變化周圍包圍的空隙產(chǎn)生的氣穴，將各不相同的溫度獨(dú)立于散裝環(huán)境溫度的表面的特定熱傳遞系數(shù)[1]。</p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　環(huán)境熱測試通常是避免行業(yè)由于成本和不便與機(jī)器停機(jī)時(shí)間。本文提出了一種基于有限元分析了一種新的離線環(huán)境的熱誤差建模方法，隨著機(jī)器的停機(jī)時(shí)間問題，成功地處理采用兩階段模擬方法，短在線檢測周期和非破壞性離線溫

48、度監(jiān)控。該方法的步驟是先創(chuàng)建機(jī)器的CAD模型，確定該計(jì)算機(jī)模型的建立時(shí)間和在第一階段，接著，在第二階段的環(huán)境模擬建立初始條件。建立時(shí)間可確保最短的時(shí)間都花在了數(shù)據(jù)采集。溫度傳感器可以在機(jī)器上，在任何方便的預(yù)定機(jī)維修安裝和模擬可以一兩個(gè)小時(shí)內(nèi)完成，所以這是非常有效的。該方法被成功驗(yàn)證了3軸立式銑床在一年內(nèi)；在兩個(gè)季節(jié)從兩個(gè)環(huán)境溫度變化誤差測試數(shù)據(jù)樣本（夏季和冬季）提出的波動(dòng)的車間環(huán)境和對機(jī)床精度的影響的臨界性質(zhì)也被高亮顯示。結(jié)果顯示良好的

49、實(shí)驗(yàn)和有限元模擬結(jié)果之間的相關(guān)性一般在60%至70%之間。該建模方法已顯著減少所需的典型環(huán)境試驗(yàn)機(jī)器的停機(jī)時(shí)間從兩周到幾個(gè)小時(shí)。幾乎沒有停機(jī)的時(shí)間，與本建模方法的應(yīng)用，除了短相關(guān)驗(yàn)證（如果需要）?？梢灶A(yù)測的投機(jī)性條件的影響來獲得更多的有用信息。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　作者非常感謝該中心的高級計(jì)量的英國工程和物理科學(xué)研究委員會(huì)（E

50、PSRC）在其創(chuàng)新的制造方案提供資金。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]面NS,弗萊徹,龍斯達(dá)夫美聯(lián)社,邁爾斯a有效在機(jī)床熱誤差預(yù)測使用有限元分析。測量科學(xué)與技術(shù)2011;22(8):085107。</p><p>　　[2]龍斯達(dá)夫美聯(lián)社,弗萊徹年代,福特DG。熱測試的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),參照ISO 230第3部

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