机床热误差建模技术研究进展

切削加工过程中,机床会由于受不同热源影响而发生热变形,产生机床误差即热误差。在各种类型的机床误差中,热误差可占机床总误差的40%~70%,是影响机床加工精度的主要因素。为减小不同热源对机床热误差的影响,提高机床加工精度,目前主要有3种方法:1)通过对机床零部件进行优化设计,提高机床热刚度;2)应用更为有效的隔离措施,尽量减小或隔离热源影响;3)热误差补偿,通过对热误差进行在线预测及实时补偿,减小机床热变形。热误差建模是实时补偿热误差的前提和基础。首先对机床热误差建模技术进行了介绍,并对热误差建模技术领域的国内外研究现状进行分析,总结了目前热误差建模领域存在的主要问题,进而对热误差建模技术的未来发展方向进行了展望。     

车削加工误差补偿技术及其应用

数控加工中有机床的运动精度误差,刀具的尺寸误差,刀具、机床及零件的热变形和弹性变形误差,还有编程中的计算误差及加工方法引起的误差等,这些都是导致加工误差的因素。该文将主要探讨车削加工误差补偿技术及其应用。     

影响机械加工精度的主要因素

零件加工质量是保证机械产品质量的基础。加工质量包括零件机械加工精度和加工表面质量两大方面。本文主要介绍影响机械加工精度的几个重要因素,在众多误差因素中,机床的几何误差、工艺系统的受力变形和受热变形占有突出的位置,通过了解这些误差因素是如何影响加工误差的,可以使工件的加工达到质量要求。     

基于球杆仪的三轴数控机床热误差检测方法

热误差是影响机床加工精度的主要误差项．为了快速检测机床自身热误差，在研究机床综合误差和球杆仪检测原理的基础上，提出了一种快速有效的检测方法——球杆仪法．通过建立三轴数控机床的几何误差和热误差的综合误差模型，提出机床的几何误差和热误差的检测及分离方法，并对影响加工精度较大的主轴与Z导轨的平行度误差、标尺热变形导致的比例误差以及滚珠丝杠变形导致的周期性误差等主要热误差项进行了球杆仪圆轨迹测试法的模拟仿真，通过进行球杆仪检测实验，测得机床空载时的主轴端热漂移误差，得到其变化规律曲线．相对于传统热误差检测法，该方法简捷有效．     

数控机床热误差实时补偿

数控机床在加工过程中,由于机床部件受到环境温度、摩擦热和切削热等因素影响导致温度升高而发生变形,部件之间原来的相对位置发生改变,相对运动的正确性被破坏.机床部件尺寸的变化使得数控机床精度降低,造成工件加工过程中的热变形误差.在分析产生机床热误差原理的基础上,探讨了热误差的测量方法,并利用多元线性回归方程建立机床热变形和温升之间的数学模型,利用误差补偿技术进行修正,从而减小机床热变形造成的被加工工件的尺寸误差.     

M52120导轨磨床机体结构设计

通过试验以及对企业现有机床的观测，分析热变形产生的原因及对机床精度的影响,并设计了一种具有特殊结构的机床——新型M52120导轨磨床，有效地解决了机床各部件的热变形问题，提高了精密机床的加工精度。     

内圆磨床的热变形及其对加工精度的影响

对于自动获得尺寸的内圆磨床来说,热变形是一种重要的系统性误差来源。由于机床的热源众多,结构复杂,使变形状态也非常复杂,增加了温升及变形计算上的困难。本文应用多级发热理论近似地解决上述计算问题,并推导出由热变形所引起的加工误差的计算公式。文中还应用尺寸链原理分析了M228半自动内圆磨床在磨削过程中的机床热变形对加工精度的影响。机床温升、温度场及热变形量的测定结果表明,整台机床有较大的温差,主要热源是液压部件及磨杆轴承,由于床身及磨杆等部件同时热变形,使主轴及磨杆的相对位置在受热过程中远离,因而使工件尺寸趋大。这与实验尺寸点图是一致的。为了降低甚至消除热变形的影响,将床身下部的油箱移出机床,并隔绝油缸的热影响,结果床身热变形以及系统性误差大大降低。通过实验,证实了上述误差分析和计算方法是正确的。所采取的消除热变形的措施是有效的。可以作为改进机床设计的参考。     

数控铣削加工精度预测模型的建立

依据铣削加工的特点,将影响加工精度的误差从坐标分解的角度分为三大类：刀架坐标系、主轴坐标系和工艺基准坐标系。在充分考虑机床几何（运动）误差、工艺系统受力变形、工艺系统热变形等对加工精度的影响的情况下,通过坐标变换将所有误差集中纳入工艺基准坐标系,采用齐次坐标变换法建立了加工精度的预测模型。所建的加工精度模型具有开发性生和实用性,已在实际数控铣削加工中得到验证。     

浅析机械加工精度

在机械加工中，由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统，会有各种各样的误差产生，并影响了工件的加工精度。结合自己的教学实践经验，本文简要介绍了机械加工精度的基本知识，对影响机械加工精度的因素进行了分析，对如何减少各种因素对加工精度的影响，提出了一些观点。     

谈工艺系统受热变形引起的加工误差

在机械加工中,工艺系统在各种热源的作用下产生一定的热变形。由于工艺系统热源分布的不均匀性及各环节结构、材料的不同,使工艺系统各部分的变形产生差异,从而破坏了刀具与工件的准确位置及运动关系,产生加工误差。尤其对于精密加工,热变形引起的加工误差占总加工误差的一半以上。因此,在近代精密自动化加工中,控制热变形对精加工的影响已成为一项重要的任务和研究课题。     

主轴系统动态误差和热漂移误差的测试分析

主轴的动态误差和热漂移误差直接影响机床的定位精度和工件表面加工质量。运用API主轴动态误差及热变形分析仪和API主轴误差分析软件对加工中心的主轴进行动态误差和热漂移测试。通过测量系统采集到的机床主轴系统的温度变化及分布数据及主轴系统的热变形数据,可以了解及掌握机床在运转过程中主轴系统的实际工况,如热平衡时间、主轴系统不同时刻在各方向的变形量等信息,对以后主轴系统的优化设计和动态补偿提供了基础数据支撑。     

机床导轨误差对零件加工精度的影响

机床导轨是机床各主要部件相对位置和运动的基准,它的精度既影响溜板的运动精度又直接影响机床成形运动间的相互几何关系,因此也直接影响零件加工表面的形位精度。在机床精度标准中,溜板运动精度包括下列主要内容：1）溜板移动在垂直面内的直线度;2）溜板移动在水平面内的直线度;3）溜板移动对主轴轴线的平行度及垂直度。在一般的加工要求条件下,分析导轨误差对加工精度的影响时,主要应考虑导轨误差引起刀具与工件在误差敏感方向的相对位移。下面试以普通车床为例进行分析。由于导轨误差引起刀具与工件相对位移,可按下式计算：在水…     

基于有限元法的机床导轨热特性研究

以往机床导轨热特性分析主要通过传统的计算方法得到导轨热变形的解析解,并没有考虑热源移动对导轨热变形的影响,因此计算结果并不十分精确.应用有限元法,建立导轨的有限元模型,考虑移动热源的影响,对模型进行数值模拟,得到导轨的温度场,并在此基础上得到导轨的热变形量.由于移动热源的影响,与稳态分析所得变形量相差2.52μm.导轨达到热平衡所需时间为1.25 h.由于热变形的影响,导轨在水平面的最大直线度误差为5.03μm,导轨表面的最大倾斜度误差为0.000 218 9°.研究结果为分析导轨热变形对加工精度的影响提供了参考,进而为机床的误差补偿提供了理论依据.     

三轴数控平面磨床几何精度分析与稳健设计

为了经济合理地分配三轴数控平面磨床零部件几何精度,提出了一种几何精度分析设计的方法.针对磨床具体结构,基于多体系统理论和齐次坐标变换方法,建立了磨床几何误差传递模型,并通过试验验证了该模型具有理想的预测性能;根据误差传递模型,运用正交试验设计和参数试验的试验设计方法分析识别了影响磨床加工精度的11项关键几何误差因素;基于稳健设计理论,在成本分析和误差溯源基础上,建立了11项关键几何误差因素下的磨床成本-质量模型,并运用该模型对关键几何误差因素的公差进行了稳健设计.研究结果表明:上述方法能实现对磨床几何精度的经济合理的分配.     

基于BP神经网络的数控机床综合误差补偿方法

针对多轴数控机床热影响导致的加工精度衰减问题,结合神经网络自学习与数据拟合能力,提出基于优化BP神经网络的多轴数控机床综合误差补偿方法。针对BP神经网络神经元误差曲面下降缓慢影响收敛效率的问题,引入陡度因子和放大因子,并基于此对数控机床运动轴加工精度进行预测和补偿。将大型A/B双摆角龙门数控铣床各关键发热源的温度检测数据和运动轴误差检测数据作为精度预测模型的输入量和输出量,采用改进后的BP神经网络进行训练,获得温度变化与位移误差量之间的非线性映射关系,并据此修改被加工工件的刀位数据文件,实现数控机床加工精度的提高。模拟算例和实验结果表明,该方法降低了传统BP神经网络的预测误差和运算时间,对机床平均误差补偿率达到50%以上。开发的数控机床误差补偿系统无须对现有机床进行大规模硬件改造,应用简便易于推广。     

基于静刚度的变轴数控机床加工误差仿真研究

以变轴数控机床的运动部件--Stewart平台为研究对象,从变形的角度对机床的加工误差进行了分析和研究,得出了静态载荷条件下加工误差的矢量表达式,并对误差进行了预调,建立了相应的预调模型.该方法为从静刚度方面提高机床的加工精度提供了必要的理论依据,且具有通用性.最后给出了仿真实例,仿真结果表明了由于静刚度而导致加工误差的存在性和误差预调的必要性.     

机床传动链误差对齿轮加工精度的影响及控制

文章分析机床传动连误差对齿轮加工精度的影响规律,掌握控制加工误差的方法,从而找出减少加工误差的措施,把加工误差控制在公差范围之内.     

环境温度影响下交叉杆并联机床的误差分布

环境温度作为影响并联机床加工精度的误差源一直被忽视,为提高机床的加工精度,研究了环境温度影响下并联机床的误差分布特性。用全微分法建立机床的误差模型,根据该模型计算工作空间内各点的径向误差和轴向误差,用Matlab绘制各误差的空间分布图及各离散层上的误差等值图,得到了各误差的分布形态及分布规律,并对误差分布规律进行了试验验证。研究表明,径向误差主要受刀轨半径的影响,轴向误差受刀尖点轴向坐标和刀轨半径的共同影响。工作空间边缘区域径向误差较大,向中心区域递减;轴向误差反之。提出误差等值图可用来分析和估算环境温度对并联机床加工误差的影响。     

论机床加工中的精度补偿技术

在机床对零件进行加工的过程中,主轴回转误差、导轨误差、机床和部件刚度、切削刀具的磨损以及热变形等,这些因素都会影响机床的加工精度,从而产生加工件有尺寸误差的现象,所以对机床加工过程进行精度补偿这是十分必要的。该文将以数控机床为例,从误差防止和误差补偿两方面入手,对机床加工过程中的精度补偿技术进行阐述,分析目前提高数控机床精度补偿技术存在的问题。     

数控机床电主轴热敏感特性分析及试验研究

建立了数控机床电主轴的热动力学模型,基于热动力学理论对电主轴系统的热源分布及温度场的传热特性进行分析.采用互相关和互信息量算法研究了数控机床电主轴系统的热敏感特性,分析了温度场对热变形的影响规律及耦合特性,结果表明电主轴系统存在热敏感区域并具有热漂移特性.通过在热敏感区域内筛选温度敏感点从而建立热误差预测模型,实现了对电主轴轴向和径向热变形建模和预测.以YK73200数控齿轮磨床为试验平台开展了电主轴系统的热敏感特性试验.通过对磨床电主轴系统热变形预测值与实测值进行分析和对比,验证了电主轴系统热敏感区域温度与相应热漂移之间的内在关系模型,试验结果为开展精密数控机床热误差补偿技术研究提供理论指导和实验基础.