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高速切削时机床的热变形与补偿技术

李杰  
【摘要】:热变形误差是影响高速高精密机床加工精度的主要因素,误差补偿技术是一项消除机床误差的有效手段,它具有补偿精度高、鲁棒性强、可靠性好、经济效益优、易于操作等优点,然而有效的误差补偿主要依赖于建立准确的补偿模型。本文首先对国内外数控机床关于热补偿方面的研究现状做了简要概述,在此基础上,以CX8075车铣复合加工中心为例,对热误差补偿的关键技术进行分析与研究,研究的主要技术包括:整机及关键零部件稳态温度场与热变形的分析与计算,温度测点的选择与优化,热误差模型的建立与优化,并与实验相结合进行分析与验证,结果证实本研究可以显著地提高机床的加工精度。论文的主要研究内容和成果概括如下: (1)建立了CX8075车铣复合加工中心的三维有限元模型,并在分析热源与热边界条件的基础上,分析了整机及关键零部件的稳态温度场和热变形量,为热变形误差补偿提供了强有力的理论依据。 (2)针对复合加工中心稳态温度场分布,合理地确定了机床上热关键点的位置。在保证热误差模型精度的条件下,对热关键点进行优化,找到最佳测温点,从而实现了温度传感器得优化布置,提高了热误差模型的鲁棒性。 (3)运用Matlab中的regress函数对变量进行分组,找出典型变量,用最小二乘法和聚类线性回归法相结合的方法,针对该复合加工中心,选择三种方案分别建立了系统的热误差补偿模型,并通过试验反馈结果,选择补偿效果最好的一组方案作为最终模型,从而大大地提高了加工精度,最后通过实际生产使用情况论证该方法的正确性。 (4)运用神经网络法对系统进行建模,并和聚类回归与最小二乘法建立的模型进行对比,最终选择补偿效果最好的建模方法。


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