加工中心主轴热误差检测与补偿建模研究

加工中心主轴热误差检测与补偿建模研究 

热误差是精密加工中心加工过程中的主要误差来源。通过对加工中心热误差的机理及其对加工精度的影响的研究,采用热误差检测、补偿建模,可以消除或减小热误差对精密加工中心的影响,提高加工精度。本文针对三轴联动精密立式加工中心的主轴热误差,以国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”为背景,以大连机床集团研制的三轴联动立式加工中心VDM55为研究对象,进行了主轴热误差检测和补偿建模研究。本文主要从以下几个方面展开研究：

(1)阐述课题的来源与研究背景,对数控机床热误差补偿技术进行了概述性分析,总结了国内外机床热误差补偿技术的研究状况及目前存在的问题,确立本课题的研究技术路线及重点研究内容。

(2)分析课题研究对象立式加工中心的结构及热源分布,结合加工中心的实际工作情况,从热漂移、热伸长、热倾斜三个角度研究热误差的空间表现形式。根据热误差空间分解结果设计了针对立式加工中心的主轴热误差检测系统。

(3)介绍加工中心热误差检测试验。通过检棒辅助五点测量法对加工中心主轴热误差进行测量,采用接触与非接触相结合的策略确定温度传感器的布置方案。结合加工中心实际工作情况,设计典型试验工况,对试验数据进行分析。

(4)研究主轴温度场的测温点优化布局方案。采用基于随机概率的SOM神经网络分类优化算法和基于相关性分析的模糊聚类法分别对主轴温度场的测温点进行优化,结合不同热关键点数目考虑,得到四种主轴热误差测温点优化方案。

(5)研究RBF及BP神经网络建模理论,针对不同的测温点优化方案,建立对应的主轴热误差补偿模型,经过分析比较,确定了最终的补偿模型。