基于键合图的变压预紧力电主轴热误差建模研究

高速电主轴工作过程中产生大量的热,导致主轴前端产生热变形,严重影响主轴加工精度。本文提出变压预紧力电主轴热误差预测模型,将传热学理论计算与键合图模型相结合,可实时且准确预测同类结构的电主轴热伸长。建立主轴的热-固耦合模型,通过有限元分析得到耦合作用下主轴温度场分布规律;根据温度场分布规律及热能流向,运用热力学理论将主轴整体模型划分节点,并计算出节点的热参数;搭配20-sim平台构建主轴热学键合图模型,将关键节点温度实时监测模块与热伸长模块关联,针对鼻端热伸长量,计算各关键点热变形并完成热误差建模。实验验证表明,所建立的键合图预测模型误差在0.5μm之内,研究成果可为不同工况下的智能电主轴实时热误差补偿提供理论基础。     

高速电主轴的热变形研究

以高速机床电主轴单元为研究对象,研究主轴温升对电主轴精度的影响.通过对电主轴主要热源的分析,应用ANSYS软件对主轴进行建模,研究高速电主轴轴心温度场的分布情况和主轴的变形趋势.在明确主轴产生的热量与热变形量之间关系的基础上,提出针对电主轴热变形量的补偿措施,从而提高高速机床的稳定性,确保主轴精度的保持性.     

五轴联动机床的主轴热误差补偿

针对某型五轴联动数控机床,给出了温升所导致的主轴热伸长表达式以及各运动轴热误差补偿量与热误差量之间所满足的关系式。描述了利用差动式电容位移传感器测量热误差的方法,阐述了加工时热误差的补偿实现方案。     

热变形对电主轴电机转子与主轴过盈配合的影响

概述了电主轴的结构,分析了电主轴转子与主轴过盈配合存在的问题.通过对电主轴静态过盈量和动态过盈量的比较,针对高速电主轴在稳定温度场下的热变形对电主轴电机转子和主轴配合的影响,从理论上进行了研究,提出了在设计时对过盈量进行热变形误差补偿,为全面提出热公差配合理论奠定了良好的基础.     

150MD24Z7.5型电主轴动态误差和热变形实验研究

电主轴的动态误差和热变形是影响数控机床精度的重要指标,其对定位精度和工件表面加工质量的影响尤为显著。采用主轴误差分析仪,对150MD24Z7.5型主轴的各项动态误差及各方向的热变形量进行实验研究。通过试验结果数据分析,获得了主轴系统在不同转速下的同异步误差、热平衡时间及不同方向的热变形量等,为主轴动态误差补偿和热变形智能预测提供了准确的数据支撑。     

数控机床热误差特性分析

对数控机床在主轴空转和实切状态下的热误差特性进行了比对分析。利用模糊聚类和F统计量确定了最佳的分类及分类阈值,根据温度与热误差之间的灰色关联度确定出温度敏感点,进而建立补偿模型。对实验结果的分析表明,温度敏感点在两种状态下是动态变化的,不同状态下的补偿模型并不通用;实际生产中的热误差补偿应优选实切状态下的热误差模型。     

加工中心主轴热误差数值建模方法的探讨

在测量加工中心主轴系统的温度场和热误差数据的基础上,研究了温度变化与主轴热误差之间的关系,并用不同的回归方法建立了两者的多元线性回归模型。经研究分析,利用偏最小二乘回归法进行建模,具有较强的预测能力和较为理想的精度,可以满足加工中心热误差实时补偿的应用要求。     

主轴热误差前瞻预测模型

为消除主轴热误差对加工质量的影响,以某精密卧式加工中心为研究对象,利用智能温度传感器和位移传感器检测机床温度值和主轴热变形,基于主轴温度场准静态假设建立了主轴温度一热误差模型.为优化数据性能,改善补偿系统动态品质,选取灰色理论建模,通过建立温度新陈代谢预测模型,消除了温度检测和补偿实施的时差影响,最终实现主轴热误差的前瞻预测.研究结果表明,该模型计算量小,预测精度高,可用于稳定加工中的热误差实时预测.     

基于热弹性理论与温度场积分中值定理的 电主轴热误差研究

电主轴热误差的精确建模较困难,且大多数仅关注轴向热误差而忽略径向热误差。 因此,提出了基于热弹性理论与温 度场积分中值定理的热误差建模方法。 用热弹性理论建立了电主轴轴承温度—热变形模型,将积分中值定理运用在轴向热误 差建模中,得到了关键点温度—轴向热变形的线性模型,仅需一个传感器测量关键点温度就可得到主轴末端伸长量。 分析电主 轴径向和轴向误差机理,得到耦合热误差模型。 设计了利用球杆仪快速测量电主轴热误差的新方法,将误差理论建模数据与实 际测量数据作对比,验证了其可行性,并将热误差模型导入自主开发的外挂式误差补偿器中,实验表明加工孔径热误差降低了 73. 5% 左右,证明该方法合理、有效。     

精密数控机床主轴热伸长补偿技术研究

针对目前精密数控机床热误差补偿问题,在基于主轴热误差测量系统的基础上,提出一种基于FCM聚类、多元线性回归的热误差补偿模型。通过对某卧式加工中心主轴恒定转速和变速工况下进行温敏点测量,建立关键温敏点与机床主轴热伸长的几何关系,通过补偿结果和切削试验表明该方法可以有效地降低主轴热伸长误差,提升零件的加工精度。     

数控机床主轴热变形伪滞后研究及主轴热漂移在机实时补偿

为研究数控机床热变形规律,实现数控机床误差在机实时补偿,进行数控机床主轴热变形理论及试验分析,结果表明,数控机床主轴热变形与主轴温变在距热源约1/3位置存在近似线性关系,即主轴热变形存在伪滞后现象,这一结果为数控机床测温点优化布置及热误差鲁棒建模提供理论依据。为验证机床热变形伪滞后现象,对VM850加工中心主轴热漂移误差在机实时检测并建模,通过自主研发数控机床误差在线实时补偿系统对主轴热漂移误差进行实时补偿,经补偿,机床主轴热漂移误差减少90%以上,有效提高了数控机床主轴精度。     

电主轴温度场与热变形的仿真与实验研究

以Setco 231A240型高速电主轴为研究对象,考虑了内置电机的损耗生热和轴承的摩擦生热,计算了电主轴各部分之间的传热系数,利用有限元软件Workbench建立电主轴有限元模型,分析得到了电主轴在不同因素影响下的温度场分布,基于电主轴热-结构耦合关系分析得到了温度影响下电主轴的热变形。仿真结果显示,较低转速下电主轴转子温度最高,转速对电主轴温度影响较大;电主轴头尾部热变形较大,主要为轴向变形。最后,将温度场仿真数据与实验数据对比,验证了仿真分析的准确性。     

卧式数控加工中心主轴热误差及刀尖轨迹分布

应用热力学经典理论对主轴系统热源分布及传热方式进行了分析,并对主轴温度场和机床热变形进行 了试验研究.研究发现,主轴的转动及其与轴承的摩擦热是主要热源之一,并且主轴热变形与温度有直接关系.通过对不同转速下的刀尖点轨迹进行分析发现,同一轴向上不同位置测点的热变形及同一位置不同轴向测点的热变形分别在局部细节和宏观趋势上存在...     

Utilization of heat quantity to model thermal errors of machine tool spindle

Thermal error modeling of the spindle plays an important role in predicting thermal deformation and improving machining precision. Even though the modeling method using temperature as the input variable is widely applied, it is less effective due to severe loss of thermal information and pseudo-hysteresis between temperature and thermal deformation. This paper presents a novel modeling method considering heat quantity as the input variable with theoretical analysis and experimental validation. Firstly, the change of thermal state of a metal part being heated is discussed to reveal the essence of the relationship between heat, thermal deformation and temperature, and the theoretical basis of the modeling method proposed in this paper is elaborated. Subsequently, the relationship between thermal deformation and heat quantity is further studied through modeling the thermal deformations of stretching bar and bending beam using heat quantity as the independent variable, and the stretching model is verified based on finite element method. Then, the thermal error models of the spindle are developed with the heat elastic mechanics theory and the lumped heat capacity method. In succession, the parameter identification of thermal error models is carried out experimentally using the least square method. The average fitting accuracy of these models is up to 91.3%, which verifies the good accuracy and robustness of the models. In addition, these models are of good prediction capability. The proposed modeling method deepens the research of thermal errors and will help to promote the application of relevant research results in the actual production.     

基于能量输入与耗散关系的机床一维钢轴热变形预报研究

通过对一维钢轴热传导差分模型的推导发现,钢轴能量输入、耗散与热变形之间存在着密切关系,进而建立起基于反馈原理的机床能量输入、输出的热变形预报模型,最后,进行一维钢轴热变形预报模型推导和实验.实验结果表明,该模型具有较高的预报精度.     

Thermal influence of the Couette flow in a hydrostatic spindle on the machining precision

Hydrostatic spindles are increasingly used in precision machine tools. Thermal error is the key factor affecting the machining accuracy of the spindle, and research has focused on spindle thermal errors through examination of the influence of the temperature distribution, thermal deformation and spindle mode. However, seldom has any research investigated the thermal effects of the associated Couette flow. To study the heat transfer mechanism in spindle systems, the criterion of the heat transfer direction according to the temperature distribution of the Couette flow at different temperatures is deduced. The method is able to deal accurately with the significant phenomena occurring at every place where thermal energy flowed in such a spindle system. The variation of the motion error induced by thermal effects on a machine work-table during machining is predicated by establishing the thermo-mechanical error model of the hydrostatic spindle for a high precision machine tool. The flow state and thermal behavior of a hydrostatic spindle is analyzed with the evaluated heat power and the coefficients of the convective heat transfer over outer surface of the spindle are calculated, and the thermal influence on the oil film stiffness is evaluated. Thermal drift of the spindle nose is measured with an inductance micrometer, the thermal deformation data 1.35 μm after running for 4 h is consistent with the value predicted by the finite element analysis's simulated result 1.28 μm, and this demonstrates that the simulation method is feasible. The thermal effects on the processing accuracy from the flow characteristics of the fluid inside the spindle are analyzed for the first time.     

卧式加工中心主轴温度场预测与热误差分布

通过有限元与试验测试结合的方式,研究了加工中心主轴温度场和热误差分布规律。研究发现,卧式加工中心热变形与温度有较好的对应关系,主轴发热量增大引起主轴变形增大,主轴转子与轴承的摩擦生热是主轴系统高速转动时热量产生的主要原因。主轴热平衡时间大约90min左右,并且后轴承附近的温度最高,温升幅度最大。通过有限元方法进行热分析,可以在机床样机定型之前进行热对称结构设计,提前进行结构优化。     

基于能量偏差的机床热变形仿真预报研究

数控机床热变形是影响其加工精度的重要因素,当前使用的热弹塑性理论、有限元分析方法以及神经网络热变形预报方法等都存在缺陷。本研究通过对一维主轴热传导差分模型的推导发现,主轴能量输入、耗散与热变形之间存在着密切的相互关系,进而将该结论进行了拓展,建立了基于反馈原理的机床能量输入、输出的热变形预报模型。实验结果表明,该模型具有相当高的预报精度。     

基于电主轴热应力耦合分析的误差补偿方法研究

为了在车床运行时能更精确地进行稳态热补偿,根据机械变形学和传热学的有关理论,综合考虑车床主轴轴线各个零件之间热传递以及其与空气、风扇对流换热对温度场和温度应力场的影响,采用SolidWorks三维建模软件和ANSYS热稳态与热应力耦合分析求解技术,获得了车床在稳态加工时车床主轴轴系的轴端应变值。通过与实验数据的对比,说明了该方法的准确性,从而采用数控误差补偿修正因热变形引起的精度误差。     

龙门加工中心主轴系统的热态性能分析技术研究

龙门加工中心主轴系统热态特性是提升机床性能的一个关键问题。针对龙门加工中心主轴系统热态特性分析的需要,建立有限元分析模型,计算主轴轴承的发热量以及主轴系统各个表面的对流换热系数,利用ANSYS WORKBENCH对其温度场、热变形状况以及热-结构耦合问题进行了分析计算,得到了不同位置轴承对总热变形的影响以及不同转速条件下主轴系统的稳态热态性能。实验测试数据表明分析计算结果的准确性较高,可用于指导该型龙门加工中心主轴系统结构优化设计和热变形补偿。