齒輪的加工精度和質量直接決定齒輪傳動性能。數(shù)控磨齒機床是加工高精度齒輪的關鍵設備,熱誤差是影響磨齒機加工精度的重要因素之一。熱誤差補償技術以其經濟高效性成為了解決機床熱誤差問題的主要手段。然而,不同工況下補償模型的魯棒性影響了該技術的工程應用,因此研究變工況下數(shù)控磨齒機床熱誤差魯棒建模技術具有重要意義。本論文針對數(shù)控砂輪磨齒機床,就溫測點的布置方法與建模變量的優(yōu)化,機床的進給系統(tǒng)、工件主軸和砂輪主軸的熱誤差魯棒建模技術進行了研究。主要研究工作歸納如下:（1）提出了基于測點虛擬構造法和特征提取算法的溫度特征變量優(yōu)化方法。將進給系統(tǒng)的滾珠絲杠簡化為一維桿,基于熱量傳遞原理和熱彈性運動方程,分析其熱變形和各測點溫度之間的相關性,尋求熱變形與溫度之間呈線性關系的最佳測點,建立了熱變形和最佳溫測點的數(shù)學描述,揭示了工況差異時,最佳測點變化及魯棒性變差的影響因素及變動規(guī)律。基于金屬材料溫度傳遞各向同性的原理,規(guī)劃了進給系統(tǒng)溫度傳感器的布局策略;提出了基于線性測點虛擬構造法和特征提取算法的溫度特征變量優(yōu)化方法,減小了熱變形與測點溫度線性關系的不穩(wěn)定及多元共線性對模型魯棒性及預測精度的影響。在磨齒機上... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數(shù)】：145 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

機床熱源示意圖

1緒論5找關鍵點的速度更快。如圖1-2所示，為熱成像儀拍攝的數(shù)控磨床主軸部分熱成像圖，在熱成像圖中可以迅速確定主要熱源的位置。2016年，作者在對龍門機床及數(shù)控磨床的熱誤差關鍵點優(yōu)化時采用了熱成像儀快速確定關鍵熱源[28,29]。2013年，本課題組的張成新也采用熱成像儀對加工中心的工作臺溫度場進行探測，從而對工作臺的熱誤差進行建模[30]。四川大學楊佐衛(wèi)等[31]利用熱成像儀修正邊界條件，最終得到足夠精度的熱特征模型。Veldhuis等[32]利用熱成像測量法，通過辨識熱變形圖像計算各進給軸的熱誤差。該方法改變了從溫度向位移轉換的常規(guī)過程，采用光學原理直接檢測熱誤差。文獻[33]也介紹了熱成像儀在數(shù)控機床熱誤差研究中的應用。圖1-2熱成像圖例Fig.1-2Thermalimaginglegendb分組優(yōu)化法分組優(yōu)化是指以溫度變量間的相關性為指標對溫度測點進行分類，再篩選出上述分類中與機床熱誤差最相關的溫度測點，最后使用測點數(shù)據進行熱誤差建模。這類方法是目前熱誤差模型溫度敏感點篩選的最常用方法。該方法中最常見的統(tǒng)計方法有模糊聚類、灰系統(tǒng)理論、相關分析等。1995年，密歇根大學的Lo等[34,35]為了優(yōu)化溫度測點，采用Mallow的CP統(tǒng)計分析法，借助相關性進行分組，將溫度測點分組搜索和尋優(yōu)，最終，機床上布置的80余個溫度測點優(yōu)化為4個關鍵點進行熱誤差建模。2002年，Lee等[36]采用關聯(lián)分組和逐次線性回歸分析相結合的方法，在逐次回歸分析過程中，通過目標函數(shù)，不斷縮小均方根殘差。該方法在熱誤差模型的變量選擇時簡單有效。2004年，上海交通大學楊建國等[37]利用溫度間的相關性將溫度測點進行分類，再根據熱誤差與溫度測點間的相關性選擇每類中的最佳測點，最后根據回歸平方和與總平方和的比值確定最終溫度變量。該方法縮短

西安理工大學博士學位論文8果可能與實際切削結果相反。文獻選擇了四種不同的切削工況，對主軸箱的溫升和主軸的熱誤差進行了測量。當采用溫度變量和熱誤差通過相關關系建模時，模型預測精度很差；而采用多元線性回歸方法建模時，將工況相關的主軸轉速、測點溫度和歷史信息等與工況相關的條件作為輸入變量建立的模型比不使用工況條件建立的最小二乘法模型精度更高。因此研究人員意識到，在建模實驗時，應該將實際工況對熱誤差的影響模擬到實驗中。圖1-3不同工況下熱誤差的變化[73]Fig.1-3Variationofthermalerrorunderdifferentoperatingconditions為了模擬實際工況下的切削負載，在進行空載試驗時往往將主軸轉速和進給速度提高。盡管高速空載確實增加了驅動電機的負載，但研究發(fā)現(xiàn)[79]，在實際加工中產生的熱源通過高速空載無法解決，例如，驅動機構切削負載所致的摩擦熱。還有堆積在工作臺和機座上的切屑和冷卻液也會是通過空載無法考慮的熱源。1999年，Ma等[80]的研究發(fā)現(xiàn)，溫度傳感器的位置與熱量輸入的頻率有關，如加工周期、每日工作排班。這也說明熱誤差模型的魯棒性與工況密切相關。文獻[81]為了研究不同工況對機床熱特性的影響，分別將切削深度、主軸轉速、進給速度和是否使用冷卻液四個條件的不同組合作為測試條件，試驗結果顯示，除溫度外，切削工況也是影響熱誤差的主要因素。同時，文獻還研究了切削路徑和切削材料對熱誤差的影響，結果表明，切削路徑和切削材料對熱誤差影響較校針對機床進給系統(tǒng)，Wu等[82]研究了三種進給速度和不同軸承預負載下的溫升和熱變形規(guī)律。Li等[83]在一臺立式加工中心上測試不同主軸負載和不同主軸轉速下的熱誤差。華中科技大學的夏軍勇、金超等[84,85]在自制的高速進給系統(tǒng)試驗臺上進行了變工況條件下溫


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