高速加工中心熱分析與熱誤差補(bǔ)償研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步與革新，加工制造業(yè)朝著高速、高精密化方向高速發(fā)展，故而就需要更高速、高精度的加工技術(shù)與之相適應(yīng)。幾何誤差、熱誤差和受力誤差一直都是導(dǎo)致機(jī)床加工精度降低的主要誤差來(lái)源，可是由于機(jī)床的制造和裝配的精度逐漸提高，幾何誤差的影響越來(lái)越小，熱誤差自然就成為目前最大的誤差源，基本已占到了總誤差的60％～70％。因此，減小熱誤差對(duì)機(jī)床加工精度的影響已成為當(dāng)前精密加工技術(shù)革新的重中之重。本文是在國(guó)家科技重大專項(xiàng)“CX系列立式車

2、銑復(fù)合加工中心高速條件下機(jī)床性能研究”的背景與基礎(chǔ)之上，對(duì)其熱誤差的補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行的延伸性研究，對(duì)于提高其加工精度具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用意義。本文以立式車銑復(fù)合加工中心CX110100為研究對(duì)象，進(jìn)行了熱誤差補(bǔ)償相關(guān)技術(shù)問(wèn)題的縱向研究，主要的研究工作及成果如下幾個(gè)方面:
　　(1)闡述論文研究的價(jià)值意義，概述國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究歷程及最新科研成果，分析目前存在的主要問(wèn)題。闡述加工中心熱誤差的主要來(lái)源、減小熱誤差的措施、熱誤差預(yù)測(cè)及補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)

3、方法等。
　　(2)分別以加工中心進(jìn)給系統(tǒng)及整機(jī)為研究對(duì)象，分析確定系統(tǒng)各熱源及熱邊界條件，依據(jù)熱傳導(dǎo)及有限元理論，建立其三維溫度場(chǎng)模型，利用ANSYS軟件進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析，在求出的溫度場(chǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行熱—結(jié)構(gòu)耦合分析，獲得系統(tǒng)熱變形情況，找出熱誤差敏感點(diǎn)。
　　(3)依據(jù)熱特性分析結(jié)果確定測(cè)溫點(diǎn)，采取熱誤差五點(diǎn)測(cè)量法，設(shè)計(jì)合適的數(shù)據(jù)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。參考實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用模糊聚類與灰色關(guān)聯(lián)度法相結(jié)合的方法對(duì)測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，最終確定了與各向

4、熱誤差對(duì)應(yīng)的三組溫度變量，有效減少了測(cè)溫點(diǎn)的數(shù)目。
　　(4)分別采用多元線性回歸法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和基于遺傳算法優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(GA-BP)法建立加工中心熱誤差—溫度預(yù)測(cè)模型，建立熱誤差與測(cè)溫點(diǎn)溫度之間的關(guān)系，由溫度測(cè)量值即可對(duì)熱誤差值進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)比各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及預(yù)測(cè)效果表明:GA-BP預(yù)測(cè)模型能夠優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，不僅加快了模型的收斂速度，提高了其魯棒性，而且誤差預(yù)測(cè)精度也最高。
　　(5)采用灰色系