硕士学位论文-加工中心热误差补偿技术研究

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1、大连理工大学硕士学位论文加工中心热误差补偿技术研究姓名：张良申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：王德伦20091201大连理工大学硕士学位论文摘要本文在分析国内外数控机床热误差补偿技术研究现状基础上，结合合作单位要求，为了研究加工中心轴向热误差特性，找出主轴部件最优温度测点，利用合适的建模方法建立良好的热误差补偿模型从而减小热误差，提高加工中心加工精度，做了本文的研究工作。主要内容简述如下：首先，分析了加工中心现有热误差防止与补偿方法。详细分析了光栅尺在该加工中心上的使用，不仅补偿了丝杠螺母传动副产生的热误差，而且减小了丝杠的节距误差和反向误差，极大的提

2、高了加工中心的位置控制精度。在此基础上，确定了轴向热误差为补偿自由度；其次，在对加工中心主轴部件传热机理分析的基础上，利用有限元法对其进行了传热学稳态分析和瞬态分析；分析得出了电主轴的温度场分布，从非平衡状态达到热平衡过程的温度变化曲线以及达到热平衡阶段的时间；再次，利用主轴部件传热机理分析结果，设计并详细分析了恒转速、阶梯转速、冷却液设置温度和季节变化13个单因素工况试验，研究得出了加工中心轴向热误差特性、冷却液温度设置规范和热补偿建模试验工况要求；提出了轴向热误差与温度变量的线密度分析概念；第四，在得出加工中心轴向热误差特性和利用传热学理论分析主轴最优测点存在性

3、基础上，设计了主轴部件温度测点布局和试验工况，通过相关性分析，最大残差分析获得最优测点存在区域；残差函数积分并对其进行函数拟合，求函数极值得出相对精确的最优温度测点精确位置；使用试验验证了最优测点热误差补偿建模精确性好。得到了通过试验法获得主轴部件最优测点的一般步骤；最后，在分析现有热误差补偿建模方法基础上，提出了使用实时过余温度作为自变量，应用多元线性回归建模，提高了建模的精确性和鲁棒性；提出了使用多元线性回归方法得出热误差补偿模型系数矩阵，遗传算法对补偿模型系数优化，以最大残差最小为目标函数，均衡确定热误差补偿模型的方法建模，提高了补偿建模效果。关键词：热误差特

4、性；光栅尺补偿；最优测点；实时过余温度；最大残差最小加工中心热误差补偿技术研究ResearchontheThermalErrorCompensationTechniquesofMachiningCenterAbstractBasedontheanalysisofthestudystatusonthethermalerrorcompensationtechniquesofCNCMachinetool，combinedwiththecooperationcompanyrequests，inordertoworkouttheaxialthermalerrorcharact

5、eristicsofMachiningCenter,tofindtheoptimaltemperaturemeasuringpointonspindlecomponent，toestablishagoodthermalerrorcompensationmodelthroughappropriatemodelingmethod，thenreducethethermalerrorandincreasemachiningprecision，thispaperresearchworkhavebeendone．Themaincontentsareoutlinedasfollo

6、ws：Atfirst，thermalerrorpreventionandcompensationmethodsonMachiningCenterareanalyzed．TheopticalgratingusedontheMachiningCenterisdetailedanalyzed．notonlycompensatethermalerrorcausedbyscrew-nuttransmission，butalsoreducetheleadscrewpitcherrorandreverseerror，whichgreatlyimprovesthepositionc

7、ontrolprecisiononMachiningCenter．Onthebasisofthis，theaxialthermalerrorcompensationascompensationdegreeoffreedomisdetermined；Secondly，basedontheanalysisofheattransfermechanismofspindlecomponentonMachiningCenter，thesteady—stateheattransferanalysisandtransientanalysisofspindlecomponenta