收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高速数控机床电主轴热误差机理分析与建模研究

雷春丽  
【摘要】:热误差是影响高速数控机床加工精度的主要原因,而电主轴单元是数控机床的最大热源,主轴热变形直接影响整台机床的性能。电主轴单元的热误差补偿技术是当前现代精密工程的研究热点问题,尤其是电主轴热误差预测模型的精度和鲁棒性是广受关注的难点问题。结合卧式加工中心用电主轴动态与热态特性研究项目,本文对电主轴单元热源及其传热机制的量化、关键测温点的优化选择、不同工况下热误差建模方法进行了深入的分析与研究,并通过数值仿真及实验研究证实本文研究成果可有效地提高热误差模型预测精度,为改善电主轴加工精度提供坚实基础。主要研究内容包括: (1)进行了电主轴单元温度场的研究。通过详细分析热误差形成机理可知,电主轴单元温度场分布不均衡是导致形成热误差的主要原因。分析电主轴两个内热源的发热量发现其大小均与主轴转速有密切关系,根据各自特点分别建立了热源与速度的数学关系式。应用传热学理论,建立了主轴单元的热传递模型,并推导出主轴单元复杂热边界的热传递方程。建立了基于热-结构耦合的电主轴有限元分析模型,利用有限元法研究电主轴高速运转中温度场的变化规律,并进行了实验验证。 (2)针对电主轴热误差建模技术中温度布点选取的问题,提出了优化热关键点的新方法。根据测得的温度和热误差数据序列,借助于聚类分析的模糊聚类法将测温点进行分组,并且建立了灰色关联分析模型,综合分析和评价电主轴温度场分布中的各测温点与主轴热误差的相关程度,从各组温度测点中选出对热误差变化最敏感的点,采用修正可决系数最终选出最佳测温点组合。对温度测点的筛选,减小了选择温度变量和建模所需的时间,优化了测温时热传感器的布局。并提出根据不同实验条件和要求优化选择关键测温点的策略。 (3)提出了分别采用改进神经网络方法和自回归分析法进行电主轴热误差建模的基本原理及方法,建立了遗传算法优化神经网络模型和基于温度的多元自回归分析模型,并且研究了各建模方法的性能特点。根据两种模型对电主轴热误差产生机理的不同表述形式,比较二者的计算效率和拟合精度。通过对比可看出,二者的具体预测范围不同,对短期预测精度要求高的情况选用自回归模型较好,而遗传神经网络模型更适合于对中长期预测要求高的情况。在综合比较几种常用建模方法的性能基础上,结合灰色理论弱化数据序列波动性的特点和自回归分析理论反映随机性成分的特点,并充分利用RBF神经网络特有的自适应非线性信息处理能力,建立了基于RBF神经网络的组合预测模型。实验结果表明,基于RBF的电主轴热误差组合预测模型能够有效地提高预测精度。 (4)为了提高两种不同工况下热误差模型的精度和鲁棒性,提出了将两种工况特征均能很好反映且预测精度较高的组合预测模型。该模型首先建立能准确描述各加工情况特点的热误差模型——灰色模型和自回归分析模型,并通过模糊逻辑自动调节不同预测值的权值,使组合模型在不同工况下预测值均更接近于实际值。通过对恒速连续运转和速度逐步递进两种典型工况的预测和分析,结果表明提出的基于模糊逻辑组合预测模型的精度较高和泛化能力较强。为电主轴、数控机床应用于各种不同工况的热误差预测和误差控制提供了一条思路。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 杨建国,薛秉源;CNC车削中心热误差模态分析及鲁棒建模[J];中国机械工程;1998年05期
2 刘又午,章青,赵小松,张志飞,张永丹;基于多体理论模型的加工中心热误差补偿技术[J];机械工程学报;2002年01期
3 杨建国,邓卫国,任永强,李院生,窦小龙;机床热补偿中温度变量分组优化建模[J];中国机械工程;2004年06期
4 刘又午,章青,赵小松,张志飞,张永丹;基于多体理论模型的加工中心热误差补偿技术[J];江苏机械制造与自动化;2001年04期
5 邓卫国,杨建国,任永强,吴昊;精密车削中心热误差测试和优化建模[J];机械制造;2004年07期
6 严乐,卢秉恒,丁玉成,刘红忠;高精度步进压印机热误差的建模分析[J];西安交通大学学报;2005年05期
7 张志飞,刘又午,刘丽冰,张永丹;基于多体理论的五坐标数控机床的热误差建模[J];河北工业大学学报;2000年05期
8 杨建国,潘志宏,孙振勇,刘行,薛秉源,蒋鉴毅;回归正交设计在机床热误差建模中的应用[J];航空精密制造技术;1999年05期
9 邓三鹏,章青,幺子云;能够进行热误差补偿的加工中心在线检测软件的研究[J];组合机床与自动化加工技术;2003年09期
10 穆塔里夫·阿赫迈德,项伟宏,郑力;加工中心主轴热误差实验分析与建模[J];组合机床与自动化加工技术;2002年09期
11 詹友基,贾敏忠;机床热变形误差及其误差补偿技术[J];机电技术;2004年02期
12 张志飞,刘又午,张永丹,章青;加工中心热误差补偿研究[J];制造技术与机床;2001年01期
13 林伟青;傅建中;许亚洲;陈子辰;;基于最小二乘支持向量机的数控机床热误差预测[J];浙江大学学报(工学版);2008年06期
14 于金;数控机床热误差的模型预报补偿[J];组合机床与自动化加工技术;2002年04期
15 唐清春;;加工中心热误差综合预测模型的研究[J];机床与液压;2010年23期
16 张燕,梁楚华,王新,满蛟;加工中心主轴热误差数值建模方法的探讨[J];现代制造工程;2005年10期
17 张宏韬;姜辉;杨建国;;模糊神经网络理论在数控机床热误差补偿建模中的应用[J];上海交通大学学报;2009年12期
18 张奕群,李书和,刘安伟,张国雄;基于主轴转速的机床热误差状态方程模型[J];仪器仪表学报;1998年05期
19 苗恩铭,费业泰;几何形体参量与材料二者的热膨胀系数关系[J];黑龙江科技学院学报;2003年01期
20 王新,满蛟,穆塔里夫·阿赫迈德;加工中心主轴热误差的分析与建模[J];组合机床与自动化加工技术;2005年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 岳红新;章青;;四轴加工中心热误差建模及补偿技术研究[A];全国生产工程第九届年会暨第四届青年科技工作者学术会议论文集(二)[C];2004年
2 范金梅;许黎明;赵晓明;范浩;黄凯峰;;机床热误差补偿中温度传感器布置策略的研究[A];第三届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2005年
3 张燕;符新;;加工中心主轴热误差的建模分析与研究[A];2007海南机械科技论坛论文集[C];2007年
4 钟丽;丁振良;;基于脉冲供电的铂电阻自热效应的动态热模型及特性分析[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集(下册)[C];2004年
5 钟丽;袁峰;;精密温度测量中传感器热特性对温度场的影响[A];中国仪器仪表学会第六届青年学术会议论文集[C];2004年
6 宁建荣;王成元;夏加宽;彭兵;;高精高速机床PMLSM直线进给系统减振轨迹规划[A];第十一届全国永磁电机学术交流会论文集[C];2011年
7 陳政雄;;智能化高响应数控机床在高产量生产线的加工应用[A];智能制造技术研发及应用——第十三届海峡两岸机械工程技术交流会论文集[C];2010年
8 张训亚;费本华;张伟;;木工数控机床精度研究概述[A];2009全国木材加工技术与装备发展研讨会木工机械数控新技术培训班论文集(会刊)[C];2009年
9 李文博;于兆勤;郭钟宁;罗红平;;超精密微细车削、铣削多功能机床设计[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年
10 曹宏瑞;何正嘉;;高速滚动轴承力学特性建模与损伤机理分析[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)上册[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 雷春丽;高速数控机床电主轴热误差机理分析与建模研究[D];兰州理工大学;2011年
2 赵昌龙;高速加工中心主轴及刀具系统热误差综合补偿技术[D];吉林大学;2010年
3 商鹏;基于球杆仪的高速五轴数控机床综合误差建模与检测方法[D];天津大学;2008年
4 张宏韬;双转台五轴数控机床误差的动态实时补偿研究[D];上海交通大学;2011年
5 夏军勇;热弹性效应和数控机床进给系统热动态特性的研究[D];华中科技大学;2008年
6 陈东菊;大型立式超精密机床系统误差分析与辨识技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 陈东菊;大型立式超精密机床系统误差分析与辨识技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 陈诚;θFXZ型坐标测量机结构分析与驱动系统热误差模型的研究[D];天津大学;2010年
9 杨建国;数控机床误差综合补偿技术及应用[D];上海交通大学;1998年
10 杨泽青;基于复杂系统理论的高速数控加工装备动静态特性监控技术研究[D];河北工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周源;精密加工中心热误差检测及补偿技术研究[D];大连理工大学;2010年
2 陈晨;桥式五轴数控铣床热误差检测、建模及补偿研究[D];西南交通大学;2012年
3 罗文;数控机床热误差检测与补偿技术[D];南京航空航天大学;2010年
4 胡军;弧齿锥齿轮加工铣床的热误差分析与补偿技术研究[D];沈阳工业大学;2013年
5 祁鹏;数控滚齿机热误差建模及补偿技术研究[D];重庆大学;2011年
6 张琨;CK6430数控车床几何与热误差实时补偿研究[D];上海交通大学;2012年
7 柳鹏;高速数控机床进给系统结构的优化与仿真[D];陕西科技大学;2012年
8 杨漪;加工中心热误差机理分析及误差实时补偿研究[D];上海交通大学;2013年
9 吴承伟;CL-20A数控车床热变形误差建模研究[D];合肥工业大学;2012年
10 沈岳熙;10米重型数控立车误差建模、测量及实时补偿[D];上海交通大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 周巧红;安阳高新区10个新项目集中签约[N];安阳日报;2010年
2 中国机床工具工业协会行业部;中国数控机床上海大比拼[N];中国工业报;2004年
3 本报记者 许盼;新东汽震后雄起[N];中国电力报;2010年
4 本报记者 兰海侠;未雨绸缪 南京工艺主打替代进口牌[N];机电商报;2009年
5 钟蓝;我国数控机床产业步入快速发展期[N];中国信息报;2004年
6 李培森;引领世界潮流机床昨天亮相京城[N];中国工业报;2003年
7 沈阳机床(集团)有限责任公司总经理/关锡友;依靠内在动力提升企业核心竞争力[N];中国工业报;2003年
8 谭论;国家三项科技攻关在沈阳机床瓜熟蒂落[N];中国工业报;2003年
9 张晓冰;变技术领先为市场领先[N];中国工业报;2004年
10 王晓颖;我国数控机床信息化发展趋势[N];中国工业报;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978