基于热模态分析的热误差温度测点优化选择.pdf

《基于热模态分析的热误差温度测点优化选择.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2012年4月机床与液压Apr．2012第40卷第7期MACHINET00L&HYDRAULICSVo1．40No．7DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．07．001基于热模态分析的热误差温度测点优化选择张琨，张毅，侯广锋，杨建国(上海交通大学机械工程学院，上海200240)摘要：针对影响机床热误差建模的温度场分布问题，提出一种热模态分析方法，对机床热误差建模温度测点进行优化选择。以数控机床主轴温度场分析为例，利用热模态方法得到主轴各模态的时间常数、温度场及热变形模态形状，从而确定温度测点的最优位置。并通过实验验证了所建立模型的准确性与鲁棒

2、性。关键词：数控机床；热误差；温度测点选择；热模态中图分类号：TG502，15文献标识码：A文章编号：1001—3881(2012)7—001—3SelectionofSensorPlacementforThermalErrorCompensationBasedonThermalModeAnalysisZHANGKun，ZHANGYi，HOUGuangfeng，YANGJianguo(SchoolofMechanicalEngineering，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Aimedatt

3、heinfluenceoftemperaturefielddistributionofmachinetoolonthermalerrormodeling，amethodbasedonthermalmodeanalysiswasproposedtoselecttheoptimumpointsoftemperaturesensors．Timeconstants，temperaturefieldandthermalexpansionmodalshapesofthespindlewerecalculated，SOtheoptimumlocationsoftemperaturese

4、nsorswereobtained．Satisfactoryre—suitsareachievedintermsofmodelaccuracyandrobustnessthroughexperiment．Keywords：Machinetool；Thermalerror；Temperaturesensorplacement；Thermalmode误差补偿技术是提高机床加工精度的一项关键技1热模态分析概述术，在现代工业中越来越受到重视。有效实施误差补模态分析是一种广泛应用于结构动力学问题的方偿的前提是建立合适的误差补偿模型。由于在实际加法，它能够确定设计结构或机械部件的振动

5、特性，得工过程中很难直接测得刀尖点和工件之间的热误差，到结构的固有频率和振型，由于它们是进行动力学研所以必须将热误差与一些容易测得的变量联系起来建究的重要参数，所以模态分析也是更为详细的动力学立数学模型，最常见的就是热误差一温度模型。由于分析如谱响应分析、瞬态动力学分析、频谱分析的起机床热误差的影响因素众多，为了使建立的模型尽可点。类似地，模态分析方法也可以被引入到了热传能地具有鲁棒性和精确性，如何对机床温度测点进行递问题的分析之中。模态分析的本质是将复杂的动优化选择成为热误差建模中的关键问题。国内外有很态系统分解为简单的子系统，这也是有限元方法的本多学者在此方面进行了广

6、泛深入的研究。最普遍的选质属性，因此也可以使用有限元方法对热模态进行分择温度传感器位置的方法是根据经验预先在机床多个析。位置上布置温度传感器，然后使用统计学方法选出对机床结构热变形的过程是首先由输入的热负载导热误差影响因素最大的一些温度变量进行建模。此种致温度场的变化，然后温度场的不均匀变化最终导致方法大大加重了误差测量和计算的工作量，且在实际了热变形。要从本质上掌握机床的热特性，就必须得加工中由于布线过多会影响机床正常工作。由于仅仅到机床温度场的分布，即对热传递微分方程进行求从经验出发，没有充分考虑到机床温度场的动态特性对热误差的影响，所建立的热误差模型很难保证很高解。

7、瞬态热传递问题的基本微分方程为：的精度和鲁棒性。作者从机床传热特性出发，提出了C(t)+T(t)=Q(t)(1)一种基于热模态分析的机床热误差测点优化选择方式中：c为热容矩阵，为热传递系数矩阵，T(t)法，经实验验证，提高了热误差模型的鲁棒性。为温度向量，Q(t)为热负载向量。收稿日期：2011—03—11基金项目：“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项项目(2009ZX04014—22)作者简介：张琨(1988一)，男，硕士研究生，主要从事数控机床热误差补偿方面的研究。E—mail：wildbird2005@gmai