基于光纖光柵傳感的重型機床立柱熱變形監(jiān)測研究.pdf

1、重型數控機床在加工制造業(yè)中扮演著相當重要的角色，提高其加工精度一直是備受關注的重要研究課題。研究表明，熱誤差占機床總誤差的45％左右，同時精度要求越高，其所占比重越大。為了能減少或后期抵消熱誤差，目前對熱誤差的研究主要集中在機床溫度場分析、溫度變化與熱變形建模等方面。由于機床是個復雜的物理結構，并且存在外界環(huán)境的不可控干擾，溫度場難以重構，而所建模型的精確性、魯棒性和運算效率也影響著熱誤差補償裝置的效果。
　　機床熱誤差是機床各部

2、件在熱源影響下產生形變的共同作用效果，而熱變形建模是熱誤差補償技術的基礎，通過所建模型可以根據實時溫度變化預測并補償形變量而實現熱誤差的減少。從物理結構上看，立柱的彎曲會引起橫梁前傾，從而導致加工主軸發(fā)生熱漂移。本文以機床的大型構件—立柱為研究對象，圍繞其與機床熱變形之間的關系開展了如下工作：
　?。?）對機床的熱源分布進行分析，運用光纖光柵溫度傳感器針對立柱的溫度場進行了初步測量，同時運用CCD激光位移傳感器同步采集主軸熱漂移（

3、機床Y方向熱變形），并對立柱溫度變化與熱變形數據之間的相關性進行分析。
　　（2）并非所有溫度測點與熱變形之間有明顯關系，因此運用模糊聚類方法對溫度測量點進行分組，然后以不同的側重點，分別采用偏相關分析、最大靈敏度和灰關聯分析方法從分組中篩選出關鍵溫度測量點，并基于篩選結果存在交叉性，提出一種更為平衡的綜合測點優(yōu)化策略。
　?。?）基于所得到的關鍵溫度測量點分別運用多元線性回歸模型、BP神經網絡模型和基于遺傳算法改進的BP網

4、絡模型建立其與機床熱變形的關系模型，并對模型進行評估得到最佳的預測模型。同時根據評估結果也驗證了不同測點優(yōu)化策略的優(yōu)劣，進而提出測點優(yōu)化和建模方法改進的建議。
　?。?）為了更方便和深入的研究立柱形變對機床熱誤差的影響機理，基于光纖光柵的應變量測量，推導了柱形結構應變量與自身形變狀態(tài)之間的關系。同時設計了柱形結構二維形變實時監(jiān)測模型和實現方案，運用該模型能夠在線監(jiān)測機床柱形結構的彎曲變化特點，對后續(xù)熱誤差補償的研究甚至是柱形結構的