【摘要】：數(shù)控機床受內外熱源共同作用產(chǎn)生較大的熱變形誤差,成為影響加工精度的主要因素。對于非恒溫條件下的重型數(shù)控機床,環(huán)境溫度引起的熱變形誤差占總熱誤差的比例更高,機床結構對環(huán)境溫度變化的熱變形響應存在滯后,且響應幅值與溫差也不是線性關系,環(huán)境溫度成為影響重型機床的包含幾何誤差和熱誤差的綜合誤差建模和補償?shù)闹饕獑栴}。本文將研究重型數(shù)控機床的誤差建模和補償方法,主要研究內容包括以下幾個方面： 針對重型機床受環(huán)境溫度波動引起的緩慢時滯熱變形問題,在大量實驗研究的基礎上,結合傅立葉級數(shù)分解理論、牛頓熱力學定律和集總熱容原理,提出了一種用解析形式的環(huán)境溫度替代實測環(huán)境溫度的方法,并將預測的解析溫度用于熱誤差建模的方法。通過該方法獲得的環(huán)境溫度預測解析模型,具有時間、頻率、相位信息,包含當前溫度和歷史溫度,能夠替代離散的實測溫度用于熱誤差建模。 研究分析了外界環(huán)境熱源與內部熱源引起的機床熱誤差響應的區(qū)別,建立了一種考慮環(huán)境溫度的主軸熱誤差模型,該模型由兩部分構成,一部分預測環(huán)境溫度引起的非線性熱致誤差,另一部分預測剔除環(huán)境溫度影響后的主軸升溫引起的熱誤差。對比驗證表明,該方法建模預測精度更高,更加適合于重型機床的熱誤差建模。 研究了重型機床移動軸綜合誤差的特征,提出了幾何誤差和熱誤差快速測量和辨識的方法。該方法利用多普勒激光干涉儀,結合激光矢量法,辨識出包含定位誤差、直線度誤差和垂直度誤差等多項幾何誤差,以及這些誤差在不同的機床溫度條件下的變化特征。結合機床對環(huán)境溫度的熱誤差響應模型和主軸單元的熱誤差預測方法,建立了包含時間、位置坐標、最優(yōu)測點溫度的綜合誤差模型,并在多款重型機床進行了模型的參數(shù)辨識及預測效果驗證。 研究了將綜合誤差模型集成于數(shù)控系統(tǒng)的方法,在國產(chǎn)華中數(shù)控HNC-818B系統(tǒng)開放式現(xiàn)場總線平臺實現(xiàn)了模型的嵌入式集成,并且在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)進行PLC編程實現(xiàn)模型的集成。在多臺重型機床進行了綜合熱誤差補償效果測量對比驗證,并進行了零件加工對比驗證。實驗結果表明,誤差補償模型對季節(jié)溫度變化和機床坐標位置變化適應能力強,在不同的環(huán)境溫度、機床位置、主軸轉速等條件下能夠減少60%以上的綜合誤差,且實施補償后重型機床的熱機時間從數(shù)小時減少到不超過30分鐘,有效提高了數(shù)控機床的加工精度和機床使用效率。 研究了確保綜合誤差補償模型在集成應用中的穩(wěn)定性和可靠性的方法,提出利用信息熵進行假設檢驗統(tǒng)計判斷的方法,提取溫度傳感器數(shù)據(jù)的信息相關系數(shù),將待檢樣本與正常總體的信息相關系數(shù)進行比較,實時判斷傳感器是否異常。建立總體正常數(shù)據(jù)的各個變量之間的最小二乘支持向量機模型(LS-SVM),一旦某個通道的傳感器判斷為“異�！�,則可用實時計算的“正常狀態(tài)值”替代故障傳感器溫度值,使得異常傳感器通道得以繼續(xù)使用,在出現(xiàn)部分故障的條件下可保證正常連續(xù)加工。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG659

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本文編號：2427913