一种基于GA-LSSVM的数控机床主轴热误差建模与补偿方法研究
发布时间：2021-10-08 00:39
随着现代机械制造技术的不断发展,高速精密数控机床在装备制造业中已逐渐成为主流。然而,存在很多因素影响着机床加工精度的提高,机床主轴热变形引起的加工误差就是其中的关键。研究表明,热误差在精密加工中占总误差的比例可达40%～70%。为提高精密数控机床加工精度,减少机床主轴热误差,本文利用理论推导、仿真分析及测量试验等方法对数控机床主轴热误差形成机理、热误差数学模型建立和补偿等关键技术展开研究,主要研究内容及结论如下:（1）对数控机床主轴系统的热特性进行了研究,利用ANSYS Workbench平台对数控机床主轴系统的热特性进行了分析,获得了机床主轴温度和热变形的变化规律,从而为机床热关键点的初步选择提供前期参考。（2）设计机床主轴温度和热变形数据采集实验,检验了有限元模型的可靠性。通过对测量数据分析可知:主轴热误差与主轴温度场变化趋势接近,当机床主轴达到热平衡状态后,主轴热误差也逐渐趋于平稳。随着加工时间的推移,机床主轴各部分温度不再显著提高,此时主轴热变形量也达到某一稳定值,说明温度变化与热误差之间具有很高的相关性。（3）提出模糊聚类和相关性分析方法对机床主轴在X、Y、Z向的热关键点进行...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?１机床热变形机理图??
?第２章数控机床主轴系统热特性分析???得机床主轴系统有限元模型如图２．?３所示。机床主轴系统主要部件采用高强度??灰铸铁材料（ｆｆＴ３００）、４００钢和４５号钢，表２．１所示为主轴系统各单元部件??所用材料的物理特性。??表２．１主轴系统各部件材料的物理特性??材料属性?ＨＴ３００?４５＃钢?４０Ｃｒ??宇度??（？３）?７．８Ｘ１０３?７．８５Ｘ１０３?７．８３Ｘ１０３??执容??（Ｊ／?Ｕｇ－Ｋ）?）?５〇２．２?４３５?４６２??，模ｆ?１１０?２００?■??（ＧＰａ）??线？￥?１．０６Ｘ１０?５?１．２ｘ１０?５?１．１６Ｘ１０－５??（ｉＴ１）??泊松比?０．３?０．３?０．３??执导ｉ率??（Ｗ／（ｍ－Ｋ））??６〇．４??０．??＾?丄??■■■—■■■—．??３?？？?８?域??图２．?３机床主轴系统有限元模型??１５??
?第２章数控机床主轴系统热特性分析???２．２．２机床主轴热特性分析??在获取机床主轴系统的有限元模型之后，将热源发热量及边界条件加载到??该模型上，然后在ＡＮＳＹＳ?Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ平台上运用热分析模块对主轴系统的温度??场进行分析。环境温度设置为２５?°Ｃ，仿真分析时间设置为１５０００Ｓ，主轴转速设置??为３０００／１１１１１１，单独分析机床主轴的稳态温度场如图２．?４所示。由图可知，机床??主轴的最高温度达到３３．０?°Ｃ，主轴前端的温度变化大于主轴后端的温度变化，表??明主轴轴承的发热量对其温度场分布有很大影响。??｜ｆ－??ｉｓ?，??２９４４４??２８．５５６?／??２７．６６７?ｙ??０?２ｅ＋００６?（ｕｍ）??——…一?＿?Ｉ??ｌｅ＋００６??图２．?４机床主轴稳态温度场??图２．?５为机床主轴系统内外表面的温升曲线图，红色曲线为主轴内表面温??度曲线，蓝色为主轴外表面温度曲线。从中可以看出：主轴的温度变化在前面??３０００５内非常大，而后逐渐趋于平稳。??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于最小二乘支持向量机的聚氯乙烯汽提过程预测模型[J]. 蒋妍. 塑料科技. 2020(02)
[2]基于模糊聚类的混合多传感器数据融合算法[J]. 朱明荣,盛子恒. 舰船电子对抗. 2019(06)
[3]基于遗传算法优化小波神经网络数控机床热误差建模[J]. 李彬,张云,王立平,李学崑. 机械工程学报. 2019(21)
[4]基于BP神经网络的机床热误差建模与分析[J]. 辛宗霈,冯显英,杜付鑫,李慧,李沛刚. 组合机床与自动化加工技术. 2019(08)
[5]基于支持向量机的静压转台热误差补偿[J]. 黄智,贾臻杰,邓涛,刘永超,杜丽. 浙江大学学报(工学版). 2019(08)
[6]数控机床热误差建模及预测方法分析[J]. 张子祥,李粉霞. 机床与液压. 2019(13)
[7]精密进给系统热误差的协同训练支持向量机回归建模与补偿方法[J]. 朱星星,赵亮,雷默涵,王帅,凌正,杨军,梅雪松. 西安交通大学学报. 2019(10)
[8]数控机床的热误差建模与补偿研究[J]. 刘旦,于博,吴波,金绍江,李海波. 机床与液压. 2019(05)
[9]数控机床主轴热误差测点优化及建模技术研究[J]. 王建臣,林思琦,沈雨欣,谢长雄,邓小雷. 航空制造技术. 2019(06)
[10]基于最小二乘支持向量机的精密数控机床热误差建模与补偿研究[J]. 张恩忠,程亚平,齐月玲,林洁琼. 机床与液压. 2018(20)
硕士论文
[1]基于ANSYS的机床整机结构有限元分析[D]. 匙皓.沈阳工业大学 2017
[2]嵌入式数控机床热误差实时补偿控制器的设计与实现[D]. 胡建民.武汉理工大学 2014
[3]环境温度对床身热态性能影响分析[D]. 时华栋.山东大学 2012
[4]10米重型数控立车误差建模、测量及实时补偿[D]. 沈岳熙.上海交通大学 2012
[5]基于贝叶斯网络的数控机床热误差建模研究[D]. 白福友.浙江大学 2008
[6]基于球杆仪测量技术的三轴数控机床综合误差检测[D]. 商鹏.天津大学 2006
本文编号：3423091
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．?１机床热变形机理图??
?第２章数控机床主轴系统热特性分析???得机床主轴系统有限元模型如图２．?３所示。机床主轴系统主要部件采用高强度??灰铸铁材料（ｆｆＴ３００）、４００钢和４５号钢，表２．１所示为主轴系统各单元部件??所用材料的物理特性。??表２．１主轴系统各部件材料的物理特性??材料属性?ＨＴ３００?４５＃钢?４０Ｃｒ??宇度??（？３）?７．８Ｘ１０３?７．８５Ｘ１０３?７．８３Ｘ１０３??执容??（Ｊ／?Ｕｇ－Ｋ）?）?５〇２．２?４３５?４６２??，模ｆ?１１０?２００?■??（ＧＰａ）??线？￥?１．０６Ｘ１０?５?１．２ｘ１０?５?１．１６Ｘ１０－５??（ｉＴ１）??泊松比?０．３?０．３?０．３??执导ｉ率??（Ｗ／（ｍ－Ｋ））??６〇．４??０．??＾?丄??■■■—■■■—．??３?？？?８?域??图２．?３机床主轴系统有限元模型??１５??
?第２章数控机床主轴系统热特性分析???２．２．２机床主轴热特性分析??在获取机床主轴系统的有限元模型之后，将热源发热量及边界条件加载到??该模型上，然后在ＡＮＳＹＳ?Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ平台上运用热分析模块对主轴系统的温度??场进行分析。环境温度设置为２５?°Ｃ，仿真分析时间设置为１５０００Ｓ，主轴转速设置??为３０００／１１１１１１，单独分析机床主轴的稳态温度场如图２．?４所示。由图可知，机床??主轴的最高温度达到３３．０?°Ｃ，主轴前端的温度变化大于主轴后端的温度变化，表??明主轴轴承的发热量对其温度场分布有很大影响。??｜ｆ－??ｉｓ?，??２９４４４??２８．５５６?／??２７．６６７?ｙ??０?２ｅ＋００６?（ｕｍ）??——…一?＿?Ｉ??ｌｅ＋００６??图２．?４机床主轴稳态温度场??图２．?５为机床主轴系统内外表面的温升曲线图，红色曲线为主轴内表面温??度曲线，蓝色为主轴外表面温度曲线。从中可以看出：主轴的温度变化在前面??３０００５内非常大，而后逐渐趋于平稳。??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于最小二乘支持向量机的聚氯乙烯汽提过程预测模型[J]. 蒋妍. 塑料科技. 2020(02)
[2]基于模糊聚类的混合多传感器数据融合算法[J]. 朱明荣,盛子恒. 舰船电子对抗. 2019(06)
[3]基于遗传算法优化小波神经网络数控机床热误差建模[J]. 李彬,张云,王立平,李学崑. 机械工程学报. 2019(21)
[4]基于BP神经网络的机床热误差建模与分析[J]. 辛宗霈,冯显英,杜付鑫,李慧,李沛刚. 组合机床与自动化加工技术. 2019(08)
[5]基于支持向量机的静压转台热误差补偿[J]. 黄智,贾臻杰,邓涛,刘永超,杜丽. 浙江大学学报(工学版). 2019(08)
[6]数控机床热误差建模及预测方法分析[J]. 张子祥,李粉霞. 机床与液压. 2019(13)
[7]精密进给系统热误差的协同训练支持向量机回归建模与补偿方法[J]. 朱星星,赵亮,雷默涵,王帅,凌正,杨军,梅雪松. 西安交通大学学报. 2019(10)
[8]数控机床的热误差建模与补偿研究[J]. 刘旦,于博,吴波,金绍江,李海波. 机床与液压. 2019(05)
[9]数控机床主轴热误差测点优化及建模技术研究[J]. 王建臣,林思琦,沈雨欣,谢长雄,邓小雷. 航空制造技术. 2019(06)
[10]基于最小二乘支持向量机的精密数控机床热误差建模与补偿研究[J]. 张恩忠,程亚平,齐月玲,林洁琼. 机床与液压. 2018(20)
硕士论文
[1]基于ANSYS的机床整机结构有限元分析[D]. 匙皓.沈阳工业大学 2017
[2]嵌入式数控机床热误差实时补偿控制器的设计与实现[D]. 胡建民.武汉理工大学 2014
[3]环境温度对床身热态性能影响分析[D]. 时华栋.山东大学 2012
[4]10米重型数控立车误差建模、测量及实时补偿[D]. 沈岳熙.上海交通大学 2012
[5]基于贝叶斯网络的数控机床热误差建模研究[D]. 白福友.浙江大学 2008
[6]基于球杆仪测量技术的三轴数控机床综合误差检测[D]. 商鹏.天津大学 2006
本文编号：3423091
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