本文關(guān)鍵詞：臥式加工中心主軸熱誤差動(dòng)態(tài)檢測與建模方法的研究

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【摘要】：熱誤差是精密數(shù)控機(jī)床主要的誤差源之一,由溫度變化引起的熱誤差占實(shí)際精密加工誤差的40%-70%。通過熱誤差補(bǔ)償可以有效地消減產(chǎn)品的制造誤差,大大地提高機(jī)床的加工精度。熱誤差檢測、優(yōu)化溫度測點(diǎn)并建立準(zhǔn)確可靠的熱誤差模型是熱誤差補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)。本文針對臥式加工中心的主軸系統(tǒng)進(jìn)行熱態(tài)性能分析,通過建立電主軸及主軸箱模型,計(jì)算主軸系統(tǒng)的熱載荷及邊界條件,分析在機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)下主軸箱的溫度場分布及電主軸刀具夾頭的熱變形,為主軸熱誤差動(dòng)態(tài)檢測提供依據(jù)。在熱態(tài)性能分析的基礎(chǔ)上,通過搭建熱誤差位移動(dòng)態(tài)采集硬件系統(tǒng)及多通道溫度采集硬件系統(tǒng),編寫基于LabVIEW的熱誤差動(dòng)態(tài)檢測軟件,建立熱誤差動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)。采用OPC技術(shù)與溫度采集系統(tǒng)進(jìn)行通信,對位移信號進(jìn)行處理,并實(shí)現(xiàn)位移與溫度信號同步采集。采用五點(diǎn)法測量主軸在工作空間的熱誤差,并在不同工況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),為熱誤差溫度測點(diǎn)優(yōu)化和熱誤差建模奠定基礎(chǔ)。本文通過對溫度測點(diǎn)間多重相關(guān)性及溫度與熱誤差關(guān)系的綜合分析,采用改進(jìn)的模糊C-均值(IFCM)對溫度測點(diǎn)進(jìn)行聚類,以減小類與類之間溫度測點(diǎn)的相關(guān)性,且避免FCM算法對初始聚類中心敏感易局部收斂的缺點(diǎn)。對溫度與熱誤差按灰色關(guān)聯(lián)分析(GRA)中的灰色綜合關(guān)聯(lián)度進(jìn)行排序,從變化量和變化率的角度綜合反映溫度與熱誤差的關(guān)系。采用IFCM-GRA對溫度測點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化,在保證熱誤差模型的魯棒性及準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上,使溫度測點(diǎn)數(shù)量大幅度地減少。基于上述溫度測點(diǎn)優(yōu)化方法,本文綜合考慮機(jī)床本體溫度、主軸轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度及環(huán)境溫度等多變量,且基于數(shù)控加工過程及材料熱變形原理,將相對起始溫度的差溫值作為溫度輸入；利用偏最小二乘(PLS)方法提取輸入變量的主成分作為最小二乘支持向量機(jī)(LS-SVM)的輸入,形成差溫多變量關(guān)聯(lián)的PLS-LSSVM熱誤差組合模型,且經(jīng)熱誤差動(dòng)態(tài)檢測實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該模型具有良好的準(zhǔn)確性和魯棒性。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)控機(jī)床 動(dòng)態(tài)檢測 溫度測點(diǎn)優(yōu)化 熱誤差建模
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG659
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 課題來源及研究背景意義10-11
• 1.1.1 課題來源10
• 1.1.2 課題的研究背景意義10-11
• 1.2 熱誤差檢測與建模的研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 熱誤差檢測的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.2 溫度測點(diǎn)優(yōu)化在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀14
• 1.2.3 熱誤差建模在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本文研究內(nèi)容16-17
• 2 臥式加工中心主軸系統(tǒng)的熱態(tài)性能分析17-28
• 2.1 電主軸的結(jié)構(gòu)分析17
• 2.2 主軸系統(tǒng)熱載荷分析17-19
• 2.2.1 軸承熱載荷的分析18
• 2.2.2 電動(dòng)機(jī)熱載荷的分析18-19
• 2.3 主軸系統(tǒng)熱邊界條件分析19-21
• 2.3.1 冷卻水的對流換熱分析19-20
• 2.3.2 間隙氣體的對流換熱分析20-21
• 2.3.3 轉(zhuǎn)子端部與周圍氣體的換熱分析21
• 2.3.4 外殼與周圍氣體的換熱分析21
• 2.4 主軸系統(tǒng)熱-結(jié)構(gòu)耦合分析21-26
• 2.4.1 ANSYS Workbench主軸系統(tǒng)熱分析21-22
• 2.4.2 主軸系統(tǒng)有限元分析22-24
• 2.4.3 主軸系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)溫度場分析24-25
• 2.4.4 主軸系統(tǒng)熱變形分析25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-28
• 3 熱誤差動(dòng)態(tài)檢測28-50
• 3.1 動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)整體方案的建立28
• 3.2 熱誤差動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)28-33
• 3.2.1 位移采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)28-30
• 3.2.2 溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)30-33
• 3.3 基于LabVIEW的熱誤差動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)33-42
• 3.3.1 軟件總體框架設(shè)計(jì)33-34
• 3.3.2 位移采集模塊通信設(shè)計(jì)34
• 3.3.3 溫度采集模塊通信設(shè)計(jì)34-38
• 3.3.4 位移信號采集與處理38-40
• 3.3.5 數(shù)據(jù)保存類型及結(jié)構(gòu)40-41
• 3.3.6 自動(dòng)間隔保存設(shè)計(jì)41-42
• 3.4 熱誤差動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)42-46
• 3.4.1 測試對象的主軸參數(shù)42
• 3.4.2 工況設(shè)計(jì)方案的建立42-43
• 3.4.3 溫度傳感器布置43-45
• 3.4.4 位移傳感器布置45-46
• 3.5 熱誤差檢測結(jié)果分析46-48
• 3.6 本章小結(jié)48-50
• 4 熱誤差溫度測點(diǎn)優(yōu)化50-58
• 4.1 IFCM溫度測點(diǎn)聚類50-53
• 4.1.1 FCM聚類算法51-52
• 4.1.2 FCM聚類的改進(jìn)52-53
• 4.2 GRA灰色綜合關(guān)聯(lián)度53-56
• 4.2.1 準(zhǔn)光滑序列54-55
• 4.2.2 灰色綜合關(guān)聯(lián)度55-56
• 4.3 IFCM-GRA溫度測點(diǎn)優(yōu)化56-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 5 臥式加工中心主軸熱誤差建模58-71
• 5.1 影響機(jī)床熱誤差的因素58
• 5.2 差溫輸入變量58-59
• 5.3 PLS-LSSVM組合模型59-63
• 5.3.1 PLS主成分提取59-61
• 5.3.2 LS-SVM原理61-62
• 5.3.3 PLS和LS-SVM的組合模型62-63
• 5.4 建立差溫多變量熱誤差模型63-68
• 5.4.1 對比模型與輸入變量63-66
• 5.4.2 建立熱誤差模型66-68
• 5.5 熱誤差模型預(yù)測68-70
• 5.6 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-72
• 參考文獻(xiàn)72-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況77-78
• 致謝78-79

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本文編號：701048