發(fā)布時(shí)間：2021-11-15 07:12

　　齒輪的加工精度和質(zhì)量直接決定齒輪傳動(dòng)性能。數(shù)控磨齒機(jī)床是加工高精度齒輪的關(guān)鍵設(shè)備,熱誤差是影響磨齒機(jī)加工精度的重要因素之一。熱誤差補(bǔ)償技術(shù)以其經(jīng)濟(jì)高效性成為了解決機(jī)床熱誤差問題的主要手段。然而,不同工況下補(bǔ)償模型的魯棒性影響了該技術(shù)的工程應(yīng)用,因此研究變工況下數(shù)控磨齒機(jī)床熱誤差魯棒建模技術(shù)具有重要意義。本論文針對數(shù)控砂輪磨齒機(jī)床,就溫測點(diǎn)的布置方法與建模變量的優(yōu)化,機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)、工件主軸和砂輪主軸的熱誤差魯棒建模技術(shù)進(jìn)行了研究。主要研究工作歸納如下:（1）提出了基于測點(diǎn)虛擬構(gòu)造法和特征提取算法的溫度特征變量優(yōu)化方法。將進(jìn)給系統(tǒng)的滾珠絲杠簡化為一維桿,基于熱量傳遞原理和熱彈性運(yùn)動(dòng)方程,分析其熱變形和各測點(diǎn)溫度之間的相關(guān)性,尋求熱變形與溫度之間呈線性關(guān)系的最佳測點(diǎn),建立了熱變形和最佳溫測點(diǎn)的數(shù)學(xué)描述,揭示了工況差異時(shí),最佳測點(diǎn)變化及魯棒性變差的影響因素及變動(dòng)規(guī)律�；诮饘俨牧蠝囟葌鬟f各向同性的原理,規(guī)劃了進(jìn)給系統(tǒng)溫度傳感器的布局策略;提出了基于線性測點(diǎn)虛擬構(gòu)造法和特征提取算法的溫度特征變量優(yōu)化方法,減小了熱變形與測點(diǎn)溫度線性關(guān)系的不穩(wěn)定及多元共線性對模型魯棒性及預(yù)測精度的影響。在磨齒機(jī)上... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：145 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

機(jī)床熱源示意圖

1緒論5找關(guān)鍵點(diǎn)的速度更快。如圖1-2所示，為熱成像儀拍攝的數(shù)控磨床主軸部分熱成像圖，在熱成像圖中可以迅速確定主要熱源的位置。2016年，作者在對龍門機(jī)床及數(shù)控磨床的熱誤差關(guān)鍵點(diǎn)優(yōu)化時(shí)采用了熱成像儀快速確定關(guān)鍵熱源[28,29]。2013年，本課題組的張成新也采用熱成像儀對加工中心的工作臺溫度場進(jìn)行探測，從而對工作臺的熱誤差進(jìn)行建模[30]。四川大學(xué)楊佐衛(wèi)等[31]利用熱成像儀修正邊界條件，最終得到足夠精度的熱特征模型。Veldhuis等[32]利用熱成像測量法，通過辨識熱變形圖像計(jì)算各進(jìn)給軸的熱誤差。該方法改變了從溫度向位移轉(zhuǎn)換的常規(guī)過程，采用光學(xué)原理直接檢測熱誤差。文獻(xiàn)[33]也介紹了熱成像儀在數(shù)控機(jī)床熱誤差研究中的應(yīng)用。圖1-2熱成像圖例Fig.1-2Thermalimaginglegendb分組優(yōu)化法分組優(yōu)化是指以溫度變量間的相關(guān)性為指標(biāo)對溫度測點(diǎn)進(jìn)行分類，再篩選出上述分類中與機(jī)床熱誤差最相關(guān)的溫度測點(diǎn)，最后使用測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行熱誤差建模。這類方法是目前熱誤差模型溫度敏感點(diǎn)篩選的最常用方法。該方法中最常見的統(tǒng)計(jì)方法有模糊聚類、灰系統(tǒng)理論、相關(guān)分析等。1995年，密歇根大學(xué)的Lo等[34,35]為了優(yōu)化溫度測點(diǎn)，采用Mallow的CP統(tǒng)計(jì)分析法，借助相關(guān)性進(jìn)行分組，將溫度測點(diǎn)分組搜索和尋優(yōu)，最終，機(jī)床上布置的80余個(gè)溫度測點(diǎn)優(yōu)化為4個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行熱誤差建模。2002年，Lee等[36]采用關(guān)聯(lián)分組和逐次線性回歸分析相結(jié)合的方法，在逐次回歸分析過程中，通過目標(biāo)函數(shù)，不斷縮小均方根殘差。該方法在熱誤差模型的變量選擇時(shí)簡單有效。2004年，上海交通大學(xué)楊建國等[37]利用溫度間的相關(guān)性將溫度測點(diǎn)進(jìn)行分類，再根據(jù)熱誤差與溫度測點(diǎn)間的相關(guān)性選擇每類中的最佳測點(diǎn)，最后根據(jù)回歸平方和與總平方和的比值確定最終溫度變量。該方法縮短

西安理工大學(xué)博士學(xué)位論文8果可能與實(shí)際切削結(jié)果相反。文獻(xiàn)選擇了四種不同的切削工況，對主軸箱的溫升和主軸的熱誤差進(jìn)行了測量。當(dāng)采用溫度變量和熱誤差通過相關(guān)關(guān)系建模時(shí)，模型預(yù)測精度很差；而采用多元線性回歸方法建模時(shí)，將工況相關(guān)的主軸轉(zhuǎn)速、測點(diǎn)溫度和歷史信息等與工況相關(guān)的條件作為輸入變量建立的模型比不使用工況條件建立的最小二乘法模型精度更高。因此研究人員意識到，在建模實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該將實(shí)際工況對熱誤差的影響模擬到實(shí)驗(yàn)中。圖1-3不同工況下熱誤差的變化[73]Fig.1-3Variationofthermalerrorunderdifferentoperatingconditions為了模擬實(shí)際工況下的切削負(fù)載，在進(jìn)行空載試驗(yàn)時(shí)往往將主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度提高。盡管高速空載確實(shí)增加了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)載，但研究發(fā)現(xiàn)[79]，在實(shí)際加工中產(chǎn)生的熱源通過高速空載無法解決，例如，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)切削負(fù)載所致的摩擦熱。還有堆積在工作臺和機(jī)座上的切屑和冷卻液也會(huì)是通過空載無法考慮的熱源。1999年，Ma等[80]的研究發(fā)現(xiàn)，溫度傳感器的位置與熱量輸入的頻率有關(guān)，如加工周期、每日工作排班。這也說明熱誤差模型的魯棒性與工況密切相關(guān)。文獻(xiàn)[81]為了研究不同工況對機(jī)床熱特性的影響，分別將切削深度、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和是否使用冷卻液四個(gè)條件的不同組合作為測試條件，試驗(yàn)結(jié)果顯示，除溫度外，切削工況也是影響熱誤差的主要因素。同時(shí)，文獻(xiàn)還研究了切削路徑和切削材料對熱誤差的影響，結(jié)果表明，切削路徑和切削材料對熱誤差影響較校針對機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，Wu等[82]研究了三種進(jìn)給速度和不同軸承預(yù)負(fù)載下的溫升和熱變形規(guī)律。Li等[83]在一臺立式加工中心上測試不同主軸負(fù)載和不同主軸轉(zhuǎn)速下的熱誤差。華中科技大學(xué)的夏軍勇、金超等[84,85]在自制的高速進(jìn)給系統(tǒng)試驗(yàn)臺上進(jìn)行了變工況條件下溫


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