立式加工中心主軸熱誤差預(yù)測及補償.pdf

1、高速精密加工過程中，數(shù)控機床軸承、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床零部件溫度的變化，進而由于熱脹冷縮現(xiàn)象導(dǎo)致機床零部件的熱變形，使得熱誤差成為影響數(shù)控機床加工精度的主要因素之一。對數(shù)控機床進行熱態(tài)特性分析，建立高精度的機床熱誤差補償模型，可以達到減小加工誤差，提高加工精度的目的。
　　由于機床主軸高速運轉(zhuǎn)下產(chǎn)生大量的熱量，因此機床的加工精度在很大程度上依賴于機床主軸的精度。對主軸熱變形影響最大的因素是主軸前后軸

2、承的摩擦熱。當主軸旋轉(zhuǎn)時，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)特性實驗分析，分別建立了基于指數(shù)函數(shù)的機床主軸熱誤差補償模型、基于時序分析的機床主軸熱誤差補償模型及基于殘差分析的機床主軸混合熱誤差補償模型用于減少主軸熱變形對主軸熱變形量的影響。主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)設(shè)計了機床主軸系統(tǒng)熱態(tài)特性分析實驗，測量機床主軸熱變形

3、量、主軸軸端溫度及機床環(huán)境溫度。對實驗數(shù)據(jù)進行分析，研究了機床主軸溫度場及熱變形量的變化規(guī)律。
　　(2)在對機床主軸進行熱特性分析的基礎(chǔ)上，建立了基于指數(shù)函數(shù)的機床主軸熱誤差補償模型。通過驗證實驗證明該模型在主軸恒速運轉(zhuǎn)和變速運轉(zhuǎn)兩種工況下均具有較高的精度，并且建模時間短、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)用時間序列分析法建立的基于時序分析的機床主軸熱誤差補償模型。論述了如何應(yīng)用熱誤差時間序列建立熱誤差補償模型，并通過驗證實驗證明該模型在主軸恒速運轉(zhuǎn)和變速運轉(zhuǎn)兩種工況下均具有較高的精度。與基于指數(shù)函數(shù)的熱誤差補償模型相比，該模型為在線補償模型，能夠反映熱誤差周期性變化規(guī)律及隨機性變化規(guī)律，且魯棒性好。但該模型不能對機床主軸前期熱誤差進行補償。
　　(4)充分利用基于指數(shù)函數(shù)的熱誤差補償模型反映熱誤差趨勢性的特點及基于時序分析的熱