加工中心热误差检测与补偿技术研究

论文摘要

数控加工中心在加工过程中,各部件由于受到摩擦热、冷却液以及环境温度等热源的影响而温度升高,产生热变形,最终使得刀具和工件之间原来相对正确的位置遭到破坏,最终导致工件的热误差。数控加工中心的热误差已经成为精密和超精密加工过程中的主要误差来源。本文以建立热误差补偿模型,提高加工精度为最终目的,有针对性地设计热误差检测实验,研究加工中心在各种工况下的热误差形式和规律。全文在分析数控加工中心热变形机理的基础上,基于灰色关联度方法实现热误差补偿建模的测温点优化布置,通过多元线性回归理论,最终建立了实验中加工中心的热误差补偿模型。本文主要从以下五个方面展开研究:(1)阐述了课题的研究背景及意义,详细介绍了国内外热误差补偿技术的研究现状以及目前存在的主要问题,说明了本课题所研究的重点内容。(2)分析了热误差实验研究对象四轴卧式加工中心的结构特点以及热源分布。结合加工中心实际工作中反映出的问题,对热误差进行空间分解,研究其热误差主要形式。简要介绍了热误差实验现场,检测系统的硬件组成以及数据采集系统。(3)介绍了加工中心热误差检测实验,分别采用轴向式和七点式位移检测方法重点研究主轴轴向的热伸长规律以及整体结构的热特性。针对实验数据,详细分析了测温点的温升情况以及主轴的热误差形式:热漂移,热倾斜和热伸长。(4)重点研究了热误差补偿建模的测温点优化布置问题。基于灰色关联度方法,综合多工况的实验数据,得到测温点多工况的综合灰色关联序,再结合工程上选择建模测温点的基本原则,确定四个关键测温点,由此提出三种建模方案。(5)介绍了多元线性回归理论,并针对不同测温点选择方案,建立与之对应的热误差补偿模型,同时对其进行多元线性回归假设检验以及补偿指标检验。分析比较各种方案后,最终确定补偿模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源及研究意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题的研究意义
• 1.2 数控机床热误差补偿研究的国内外现状
• 1.2.1 降低数控机床热误差的主要方法
• 1.2.2 国内外热误差补偿技术的研究现状
• 1.2.3 目前存在的主要问题
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 加工中心热误差实时检测系统
• 2.1 热误差检测对象
• 2.1.1 加工中心结构特点
• 2.1.2 加工中心热源分析
• 2.1.3 热误差自由度分解
• 2.2 热误差实验系统
• 2.2.1 检测实验现场介绍
• 2.2.2 实验检测系统简介
• 2.3 本章小结
• 3 加工中心热误差实验设计与数据分析
• 3.1 热误差实验设计
• 3.1.1 热误差实验工况的设计
• 3.1.2 温度及位移测点的布置
• 3.1.3 热误差实验的检测方法
• 3.2 热误差实验数据分析
• 3.2.1 温度测量点分析
• 3.2.2 主轴热漂移分析
• 3.2.3 主轴热倾斜分析
• 3.2.4 主轴热伸长分析
• 3.2.5 补偿自由度确定
• 3.3 本章小结
• 4 加工中心热误差建模的测温点优化研究
• 4.1 测温点优化的问题描述
• 4.2 基于灰色关联度方法优化测温点
• 4.2.1 灰色关联度方法的分析模型
• 4.2.2 多工况测温点的优化结果
• 4.2.3 测温点选择的基本原则
• 4.2.4 提出测温点的选择方案
• 4.3 本章小结
• 5 加工中心热误差补偿建模研究
• 5.1 多元线性回归建模方法
• 5.1.1 多元线性回归的计算过程
• 5.1.2 多元线性回归的假设检验
• 5.2 基于多元线性回归方法建模
• 5.2.1 方案一的建模与补偿检验
• 5.2.2 方案二的建模与补偿检验
• 5.2.3 方案三的建模与补偿检验
• 5.3 线性假设检验与模型确定
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢