XK2745重型龙门铣床热误差补偿技术研究

摘要

本文作者所在单位武汉重型机床集团有限公司（以下简称武重集团）是国内制造重型数控机床的龙头企业。针对武重集团制造的XK系列重型龙门铣床因热变形产生误差的现象，本文在详细了解和认真分析国内外数控机床热误差研究和应用的基础上，以XK2745重型龙门铣床为研究对象，分析重型龙门铣床热误差在内外热源影响下的变化规律，建立适用于重型龙门铣床热误差预测的数学模型，开发多元线性回归热误差补偿技术，实现机床热误差实时补偿过程，补偿后的机床精度明显比以前有所提高。
　　本文研究工作的主要内容和成果如下：
　　机床热误差检测实验。在研究国内外机床热误差成果的基础上，设计XK2745重型龙门铣床温度测点布置方案和主轴终端位置五点检测法，在多种工况下同步采集温度和热误差数据，分析各种工况下机床热误差在主轴X向、Y向和Z向的变化特点和趋势，提出规避重型龙门铣床热误差的指导性措施。
　　机床热误差预测建模。采用主因素策略和互不相关策略优化选择 XK2745重型龙门铣床热关键点。根据多元线性回归分析法和最小二乘解算法，推导了多元回归系数求解过程。建立以温升为自变量、热误差为因变量的多元线性回归热误差预测模型。将预测模型与实验数据进行拟合比对，验证了建模思路的可行性。
　　机床热误差补偿实施。分析西门子840D系统温度补偿功能及原理，结合多元线性回归热误差补偿思路，设计 XK2745重型龙门铣床多元线性回归热误差补偿方案。通过组态热误差补偿系统硬件，开发具有防护功能的热误差补偿软件，在该型机床上实施了多元线性回归热误差补偿过程。经过五点法检测补偿效果，证实多元线性回归热误差补偿技术有效改善了机床精度。
　　通过本文研究工作，探索出一套具有实用性的重型龙门铣床热误差检测、建模和补偿解决方案，最大程度地削减热误差对机床精度的影响，对提升武重集团XK系列重型龙门铣床精度具有推动性作用。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外热误差研究历史及现状

1.3 本文研究内容及结构

1.4 本文主要研究方法

第2章 XK2745重型龙门铣床热误差实验及分析

2.1 XK2745重型龙门铣床热误差实验目的及方法

2.2 XK2745重型龙门铣床热误差实验内容及分析

2.3 本章小结

第3章 XK2745重型龙门铣床热误差预测建模研究

3.1 热关键点的优化选择

3.2 多元线性回归预测模型的研究

3.3 本章小结

第4章 XK2745重型龙门铣床热误差补偿研究与验证

4.1 基于西门子840D系统热误差补偿原理及策略

4.2 基于840D系统的多元线性回归热误差补偿实现

4.3 XK2745重型龙门铣床热误差补偿验证

4.4 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢

附 录 A（攻读学位期间参加科技项目录）