数控机床整机热分析及动态热误差建模的研究

发布时间：2017-05-02 06:12

  本文关键词：数控机床整机热分析及动态热误差建模的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在机床工作过程中,由于零部件之间相对运动摩擦产生的热量,以及外界环境温度的变化等因素都会使机床的温度发生变化,进而会导致机床发生热变形,降低机床加工精度。通过建立热误差与温度场之间的数学模型,能够预测机床的热误差值,然后将该预测值送给机床的数控系统进行补偿,使用该方法能够提高机床的加工精度。 采用有限元的方法对机床整机进行了结构分析和热分析,得到了机床在空间三个方向上的热变形以及机床的温度场,为温度传感器和位移传感器的安置提供了参考。 搭建了基于LY-51S开发板、DS18B20温度传感器以及CCD激光位移传感器的数据采集平台,该数据采集平台主要用于对机床温度以及刀具与工件之间的热误差进行测量,并编写了相应的程序。 利用VisualC++软件开发平台开发了多功能上位机补偿软件,该补偿软件主要包括五大功能模块：串口设置模块、温度记录模块、曲线显示模块、时钟显示模块和动态建模模块。 采用PC机作为上位机,同时结合数据采集系统,搭建实验平台,采集用于热误差建模的样本数据,建立热误差模型,并验证预测效果。
【关键词】：热误差 动态建模 补偿软件 整机
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景10
• 1.2 意义10
• 1.3 机床的基本误差10-12
• 1.3.1 机床的误差源10-11
• 1.3.2 减少机床误差的方法11-12
• 1.4 几何误差补偿12
• 1.5 热误差补偿12-15
• 1.5.1 热误差的识别12-13
• 1.5.2 温度传感器的布置13-14
• 1.5.3 热误差数学模型的建立14-15
• 1.6 国内外热误差的发展15-16
• 1.6.1 国外热误差发展情况15-16
• 1.6.2 国内热误差发展情况16
• 1.7 本课题需要解决的主要问题16-17
• 1.8 本课题的主要内容17
• 1.9 本课题的研究意义17-18
• 第2章 基于ANSYS Workbench的机床热结构与热平衡分析18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 机床的热变形过程18-20
• 2.2.1 热学基本知识介绍18-19
• 2.2.2 机床的热变形19-20
• 2.3 ANSYS简介20-21
• 2.4 数控机床几何模型的建立21-23
• 2.5 机床的热结构分析23-28
• 2.5.1 机床的热源分析23-24
• 2.5.2 计算机床的对流换热系数24-26
• 2.5.3 基于ANSYS Workbench的机床热结构耦合分析26-28
• 2.6 机床主轴的瞬态热平衡分析28-31
• 2.7 本章小结31-32
• 第3章 数据采集平台的搭建32-49
• 3.1 引言32
• 3.2 数据采集系统开发平台介绍32-35
• 3.2.1 开发板硬件配件资源介绍32-33
• 3.2.2 开发板独立模块资源介绍33
• 3.2.3 开发板配带软件资源介绍33-35
• 3.3 硬件系统的设计35-39
• 3.3.1 DS18B20温度传感器介绍35-37
• 3.3.2 STC89C54单片机介绍37
• 3.3.3 硬件电路的设计37-39
• 3.4 软件系统的设计39-48
• 3.4.1 DS18B20单总线时序分析39-41
• 3.4.2 DS18B20工作原理41-42
• 3.4.3 STC89C54读取DS18B20温度值42-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 基于Visual C++的多功能上位机补偿软件的开发49-64
• 4.1 引言49
• 4.2 可视化软件开发工具Visual C++49
• 4.3 软件项目开发流程49-63
• 4.3.1 软件的生存周期49-50
• 4.3.2 上位机补偿软件需求分析50-51
• 4.3.3 热误差补偿软件设计51-52
• 4.3.4 串口通信模块52-58
• 4.3.5 曲线显示模块58-59
• 4.3.6 时钟显示模块59-60
• 4.3.7 温度记录模块60-61
• 4.3.8 动态建模模块61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第5章 热误差数学模型的建立及验证64-74
• 5.1 引言64
• 5.2 在线修正建模方法的研究64-66
• 5.2.1 在线修正建模方法原理64
• 5.2.2 最小二乘支持向量机原理64-66
• 5.3 基于Matlab的LS-SVM工具箱建模66-68
• 5.4 实验数据的采集68-71
• 5.4.1 实验平台概况68
• 5.4.2 机床实验条件68
• 5.4.3 传感器的安放68-71
• 5.5 实验数据的处理71-73
• 5.6 本章小结73-74
• 第6章 总结与展望74-75
• 6.1 总结74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-78
• 致谢78-79
• 附录一79-80
• 附录二80-82
• 附录三82-84
• 附录四84-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 王先逵,吴丹,刘成颖;精密加工和超精密加工技术综述[J];中国机械工程;1999年05期

2 刘又午,章青,王国锋,盛伯浩,赵宏林;数控机床误差补偿技术及应用发展动态及展望[J];制造技术与机床;1998年12期

3 罗成汉;基于MATLAB神经网络工具箱的BP网络实现[J];计算机仿真;2004年05期

4 王金生,翁泽宇,姚春燕,彭伟;ANSYS在数控铣床热特性分析中的应用[J];浙江工业大学学报;2004年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 鲁远栋;数控机床热误差检测及补偿技术研究[D];西南交通大学;2007年

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本文编号：340422