热变形误差是影响机床加工精度的重要因素之一

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1、热变形误差是影响机床加工精度的重要因素之一，通过误差补偿的方法可以提岛机床的加工精度。研究了通过实时补偿热变形误差提高数控机床加丁.精度的万法，阐述了热误差的基本原理，介绍了热误差的测量方法。采川模糊聚类的方法來布置测温点，利用多元线形回归方法建立了机床热变形与溫升之间的数学模型。在补偿系统的作用下，4:加丄过程中对数控机床进行实时补偿。实验结果表明补偿效果很好。数控机床热变形误差检测数控机床热误差补偿技术主耍包括如下叫项内容：测温点的选择；误差信号的测量；信号处理与建模；误差的补偿控制与执行。可见热变形误差检测主要包拈两个方面的内界

2、：一足测景数控机床上若干测温关键点的温升；二足测朵主轴在三个方h'd上的漂移:即是对机床误差的测W:。测温点的选择与温度测朵合理正确的选择温度测点冇利于我们进行建模工作。木文首先采用模糊聚类的分析方法，对测温点进行分类，再通过回归分析中的修正的复判定系数对温度变S进行优化组合（由干机床热误差是由温升引起的，所以这里我们选择的温度变呈为各测温点的温升），这样既冇利沪减少测点的数量，乂避免了的误差模型屮的变暈耦合，提高了误差模型的精确性和鲁棒性，保证了误差补偿模型的有效性。布置热电偶传感器测温点的选择-•般遵循如下原则：温度传感器的数景极

3、不少于内部热源的数景；传感器应尽量靠近热源；为获取最佳的传感器个数和位置，初期的测量实验应设置尽量多的测量点,以保证不2：•失重要信总。根据对机床结构的分析、热源分布、热景传播、敏感部分等的理论分析和初少实验，在床身上比较重要的位置分布了个热电偶传感器测朵温度，如阁8所示。热电偶传感器的位置与作用如表8所示。表•热电1禺传感器的4立笠矛CH乍用热电偶传姑器TZ2.、7^5TV位两酋tf7S4^.4tti-1由孓冷屯动机作用主轴发热主轴发热电动机发热热误差的测量系列加工中心主要是由主轴箱，立柱，工作台和机床电气部分组成。加工中心是全闭环

4、系统，三轴运动误差由光栅尺的补偿作川被消除，主要变形误差是由主轴箱和主轴变形产生的。主轴箱箱体紂料为灰铸铁，轴承外套和主轴材料为45钢，轴承内外圈材料为轴承钢。因此在机床运行时，由于各种材料的膨胀系数不同，轴承在径I⑺和轴M产生的热变形增加了轴承的预紧力，使摩擦力增人，摩擦产生的热fi也增加。发热fi的急剧增加使得主轴和主轴箱变形跫也急剧增加。机床热误差是由干在机床内外热源的作用下，刀ft相对干工件产生热位移造成的。系统热变形参数的测量主要釆川五点法，即在主轴上安装标准芯棒，在yzzx下•面分别安装两个间距为的千分表，在平面安装一个千

5、分表。在芯棒端面安装一个千分表,其布局如阉所示。在机床未升温状态调整好千分表的读数，对芯棒初始位置进行测堂，作为葙准参考值。然盾机床以一定的方式运转，每隔一段时间对千分表进行读数，并记录数据。在新状态下的测景值相对于参考值的变化反映了机床的热漂夥，从所测热漂移景可以得到各方向上的热误差。•为测位货和«＞泛)是r分及泉z1机床h测溢点布置及丁分表的布置示意记录实验数据如图2和图3所示。3020直01357911131517192123采集次教可W20minM一次》v賴夜形垣实湖Z轴漂移示意罔1234567891O111213141516

6、17果旗次数(每问陶20rniri測一次》hFl2羊卜偿前Y轴热BS发1201OO80604020O阁3补偿前Z軸热识若热误差补偿模型的建立方法多元线性回归多元线性回归是利用统计方法寻求多输入和单输fli关系的模型。A热变形怙况下，W以得到一组表达多点测M温度输入和一个方h'd位移输出关系的线性关系，因为热变形是多方面的，所以每个方向可以分别独立求得一组系数。各个方向合在一起，即可得到的多输入多输ry=+/8.X,+p2x2+••-4-/3yXy+e出模型。多元线性回归的数学模型为0,62)y—Mo+O丨比丨—+办2^2—X2J相应的

7、回归方程为…+/，，，&,,-Sw)模型的建立机床的温度场是连续并.FI.随时间变化的，必须通过测虽温度场中冇限个点的温度，将温度场离散化，卯且利川温度传感器测景得到t.川五点法來测景芯轴的热误差，分别为€巾于机床热变形情况比较复杂，可利用多元线形1叫归，通过多个温度测点的线形组合来表示热变形与温度之间的关系凼于轴方向的误差很小，可以不考虑。根据实验所测数据，建立、轴热误差模型为：时间，热误差，为了验证热误差的补偿效果，进行补偿后机泳实验，结果显示，机床误差补偿效果很好，、轴方句上的误差都减小。K流程如图7所示。*的Jrt卜时阿/mi

8、n4热误差的m合个育^已050501-1Is补稔f的y轴热谋若次-C6补偿后的Z轴热误差050505211-

9、PLC朴供系统1

10、数挽系统补偿

11、閉7补偿执行流程间具体实现如下：在机床上采集1点和3点的温度数据，利川多元回归