基于响应面法的数控磨床立柱热特性有限元模型修正-论文.pdf

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1、数控加工技术现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2014年第9期基于响应面法的数控磨床立柱热特性有限元模型修正魏颃，李郝林，应杏娟(上海理工大学，上海200092)摘要：提出基于数控磨床立柱热变形检测与有限元模型分析相结合的一种有限元模型修正方法。将数控磨床立柱热特性位移误差与热载荷参数之间的隐形关系用显示函数近似表达出来，代替原有的有限元模型。在此基础上对有限元模型进行优化，提高有限元模型准确度。对数控磨床立柱有限元模型修正的结果表明，基于响应面模型的数控磨床立柱热特性有限元模型修正方法可以快速有效地修正模型，且修正结果精度高

2、。关键词：有限元模型；响应面法；优化；中心组合设计中图分类号：TGS02．15文献标志码：A文章编号：1671—3133(2014)09-_0065—04FEMmodifyingforpillarofCNCgrindingmachinethermalcharacteristicsbasedonRSMWeiHang，LiHaolin，YingXingjuan(UniversityofShanghaiforScience＆Technology，Shanghai200092，China)Abstract：BasedonpillarofCNCgrindingmachinet

3、hermaldeformationtestcombinedwithfiniteelementmodelanalysis．Afiniteelementmodelmodifyingmethodisproposed．Whichcouldexpressthehiddenrelationshipbetweendeformationerrorandthermalboundaryconditionparametersbyanexplicitfunction．Throughtheexplicitfunctionandoptimizationoftheparameters，theac

4、cu—racyoffiniteelementmodelwillbeincreased．TheFEMupdatingresultofpillarofCNCgnndingmachineshowedthattheapproximatemodelmethodcouldmakeFEMmodifyingeffectivelyandrapidly，withacceptableaccuracy．Keywords：FEM；RSM；optimize；centralcompositedesign在精密机床的切削加工中，热源对加工精度的影在建立有限元模型的时候，往往由于边界条件(例如响极大

5、，研究表明，精密加工中热变形引起的加工误对流换热系数)的不确定性，导致分析计算结果与实差占总误差的比例为40％～70％¨；因此，减小热变际结果存在较大的误差。本文利用实验数据修正边形成为机床设计关注和研究的热点。目前机床热变界条件，以使得有限元模型分析计算的结果与实际测形的研究主要侧重于热误差补偿技术，但该技术有以量结果趋于一致，从而得到准确的机床立柱热变形计下缺点：1)鲁棒性差。由于每一台机床的制造与装配算结果。目前国内修正模型的方法有PRQR迭代条件均存在差异，所以每次只能对某一机床进行热误法、贝叶斯法和遗传算法等，虽然结果比较准确，但由差补偿的研究。2)热误差

6、建模条件与实际工作条件于迭代次数达到百次，而每次都需输人ANSYS软件进难以相符。机床热误差是整个热源环境的综合影响，行分析计算，所以耗费时间长。本文采用响应面法建而热误差补偿研究所做的相关实验有一定的延时性，立设计变量(有限元模型边界条件)和目标函数(位移不能与实际工作条件相对应。3)由于实际工作时，机变量)之间的近似模型，只需在较短时间内针对性地床本身的润滑条件、磨损状态都在变化，这就会导致分析计算一部分结果，即可得到有限元模型的修正参需要不断地做热误差建模实验来更新热误差模型。数，从而达到有限元模型修正的目的。为此，本文提出了基于机床热变形检测与有限元1基于响

7、应面法的有限元模型修正方法模型分析相结合的一种有限元模型修正方法。该方法针对数控磨床立柱的热变形，将立柱有限元模型分1．1响应面优化设计方法析结果与立柱局部热变形及温度测量结果相比较，以响应面法是基于试验设计基础的用于处理多变达到有限元模型修正的目的。有限元数值模拟技术量问题建模和分析的一套统计处理技术，设，，⋯，发展日趋成熟，已成为热变形分析的重要手段。但是表示待定的边界条件，即对流换热系数，通过近似构652014年第9期现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)造目标函数多项式F(。，：，⋯，)来建立试验值和Y=。+∑』B+