基于热模态分析的主轴热误差鲁棒性建模.pdf

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1、第2期组合机床与自动化加工技术N0．22015年2月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueFeb．2015文章编号：1001—2265(2015)02—0090—04DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2015．02．025基于热模态分析的主轴热误差鲁棒性建模术杨昌祥，王立坚，何川，卢红星，杨建国(1．贵阳险峰机床有限责任公司，贵州黔南布依苗族自治州550601；2．上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：为提高数控机床的加工精度，针对主轴热误差提出一种基于

2、热模态分析的鲁棒性建模方法。类比动力学模态分析，利用有限元分析方法对机床主轴进行热模态分析，获得主轴热模态时间常数和温度场，并以此为依据确定温度传感器在主轴上的安装位置，利用回归分析方法建立热误差数学模型。频率敏感性仿真实验结果表明，误差模型在不同热流输入频率下均具有非常好的拟合效果。最后通过实验验证了所提出建模方法的鲁棒性和准确性。关键词：数控机床；热误差；误差建模；热模态；鲁棒性中图分类号：TH161；TG506文献标识码：ARobustThermalErrorModelingforCNCMachineToolsSpindleBasedtheThe

3、rmalModeAnalysisYANGChang-xiang，WANGLi-jian，HEChuan‘，LUHong—xing，YANGJian—guo(1．GuiyangXianFengMachineToolCo．，Ltd．，QiannanBuyeiandMiaoAutonomousPrefectureGuizhou550601，China；2．SchoolofMechanicalEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Inordertoimprove

4、themachiningaccuracyofNCmachinetools，arobustthermalerrormodelings~ategybasedonthethermalmodeanalysisispresented．Finiteelementanalysisisutilizedtodeterminethetimeconstant，weightandtemperaturefieldofeachthermalmode．Onthisfoundation，temperaturesensorsareplacedtocapturethedominantth

5、ermalmodesofthermaldeformationprocess．Multiplelinearregressionmodelsareemployedtodescribethermalerorsofspindle．Numericalsimulationisconductedtoverifytherobustnessofthethermalerrormodelsintermsoffrequencysensitivity．Atlast，practicalexperimentsarecarriedoutandtheresultsprovedthatt

6、heproposedmodelingmethodisrobustandeffective．Keywords：CNCmachinetool；thermalerror；erormodeling；thermalmodeanalysis；robustness漂移误差提出一种状态空间模型，并在一台高精密车O引言床上进行了补偿实验，取得了良好的效果。此外，杨随着各行业对高端精密零件、设备需求的不断增漪、茼靖宇、闫嘉钰。。、吴雄彪等也在机床热误长，制造业及相关研究领域认识到了提高机床精度的差方面做了相关理论分析和实验探索。重要性。机床精度直接决定所加工零件的尺寸和表

7、面然而，误差模型的精度和鲁棒性仍是热误差补精度，而热误差刮是影响机床精度的一个重要因素，偿技术广泛推广的最大障碍。本文基于热模态分析，占机床总误差的50％左右。主轴热误差是机床热误从热变形的本质出发，类比动力学振动模态分析，利用差的重要组成部分，由于主轴内、外热源影响导致其结有限元方法对机床主轴进行热模态分析，在分析结果构发生热变形，进而造成所加工零件尺寸误差超出允的基础上提出一种经济有效的温度传感器布置策略和许范围。高鲁棒性的误差模型，通过多元线性回归方法建立热过去几十年，国内外研究人员对主轴热误差进行误差模型。频率敏感性有限元仿真结果表明该误差模了

8、大量的研究。杨建国等通过对简化的一维主轴模型具有良好的鲁棒性。将该模型应用于一台卧式车床型分析