五轴机床热误差机理与综合误差补偿策略研究

摘要

随着复杂几何零件的广泛应用，零件加工精度要求越来越高。多轴数控机床作为加工母机，机床精度直接影响零件加工精度。而误差是影响机床精度的关键因素之一，而几何误差与热误差约占机床总误差70％左右。本文以自主研发的五轴机床为例，致力于研究热误差的机理、机床主轴的热态特性、进给轴热和几何误差的测量、分离、建模方法以及误差补偿策略等内容。本文主要研究工作包括以下几点:1.针对机床移动副、转动副及主轴的误差项进行分析，研究主轴热变形机理与热特性理论。
　　2.创建主轴有限元分析模型，计算主轴的热边界条件，研究在约束边界条件下主轴的温度场及热变形，并分析原因。分析主轴在不同转速下热变形情况。热误差是不容忽视的因素，提出改善主轴热变形的措施。
　　3.研究机床导轨在几何误差和热误差影响下定位误差与温度的测量方法。根据不同温升下的定位误差曲线变化规律，分离几何与热误差，分别创建几何和热误差的模型，最后求得综合误差模型。
　　4.研究综合误差补偿策略，提出基于测量技术的误差补偿方法。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 机床热特性研究现状

1．2．2 误差测量研究现状

1．2．3 误差建模的研究现状

1．2．4 误差补偿方法的研究现状

1．3 本文主要内容

第二章 数控机床误差分析

2．1 引言

2．2 数控机床误差分类

2．3 机床运动部件误差分析

2．3．1 移动副误差分析

2．3．2 转动副误差分析

2．3．3 垂直度误差分析

2．3．4 主轴的误差分析

2．4 热态性能分析

2．4．1 热传递方式

2．4．2 热分析类型

2．4．3 温度场

2．4．4 导热微分方程

2．4．5 定解条件

2．4．6 温度场求解方法

2．5 本章小结

第三章 五轴数控机床主轴热特性分析

3．1 引言

3．2 热分析方法与过程

3．2．1 建立有限元模型

3．2．2 网格划分

3．3 ANSYS热—结构耦合分析

3．3．1 ANSYS热—结构耦合分析原理

3．3．2 ANSYS热—结构耦合分析步骤

3．4 主轴系统的有限元模型

3．5 生热率计算

3．5．1 主轴电机损耗生热

3．5．2 静压轴承的摩擦生热

3．5．3 电机生热率计算

3．5．4 空气轴承的生热率计算

3．6 空气静压电主轴换热系数计算

3．6．1 电机定子与转子对流传热

3．6．2 转轴及转子与周围空气的对流传热

3．6．3 静压轴承与高速空气流之间的对流传热

3．6．4 主轴外壳与空气间对流传热

3．6．5 换热系数确定

3．7 静压主轴稳态热分析

3．8 静压主轴瞬态热分析

3．9 静压主轴热变形分析

3．10 不同转速对主轴变形的影响

3．11 改善主轴热变形措施

3．12 本章小结

第四章 基于定位误差测量技术的机床综合误差补偿策略研究

4．1 引言

4．2 五轴数控机床结构分析

4．3 导轨温度和定位误差测量

4．3．1 实验平台设计方案

4．3．2 定位误差测量与仪器

4．3．3 温度测量与仪器

4．3．4 测量结果

4．4 定位误差建模

4．4．1 几何误差部分建模

4．4．2 热误差部分建模

4．4．3 综合误差模型

4．5 综合误差补偿策略

4．5．1 误差补偿控制方式

4．5．2 误差补偿方法

4．5．3 基于测量技术的误差补偿策略

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果

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