數(shù)控機(jī)床熱誤差建模新方法及其應(yīng)用研究.pdf

1、本文首先對(duì)國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償技術(shù)的研究現(xiàn)狀作了概述與分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)熱誤差補(bǔ)償研究的關(guān)鍵技術(shù)如： ①熱關(guān)鍵點(diǎn)的優(yōu)化選擇、 ②熱誤差建模技術(shù)進(jìn)行了深入的分析研究，并通過數(shù)控機(jī)床加工中心的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用分析，證實(shí)本文研究成果可顯著有效地改善機(jī)床的加工精度。 主要研究工作包括以下幾點(diǎn)： (1)針對(duì)影響機(jī)床熱誤差建模的機(jī)床溫度場分布問題，提出了優(yōu)化熱關(guān)鍵點(diǎn)的新方法。借助于灰色系統(tǒng)理論的關(guān)聯(lián)度分析方法，根據(jù)現(xiàn)場

2、測得的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)序列，建立了灰關(guān)聯(lián)分析模型，分析了影響機(jī)床溫度場分布中的各因素對(duì)機(jī)械加工熱誤差的重要程度，對(duì)其進(jìn)行了綜合性能評(píng)價(jià)并進(jìn)行了相對(duì)優(yōu)劣排序，從眾多的溫度測點(diǎn)中選出了影響程度最關(guān)鍵的點(diǎn)，經(jīng)過溫度測點(diǎn)的篩選，減少了測點(diǎn)的數(shù)量，優(yōu)化了測溫時(shí)熱傳感器在機(jī)床上的布置，從而可以較簡便的分析所研究機(jī)床的熱誤差，提高了熱誤差模型的魯棒性。 (2)提出了采用時(shí)間序列分析法進(jìn)行機(jī)床熱誤差建模的基本原理及方法，及其在數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償建模中的

3、應(yīng)用。詳細(xì)論述了如何利用實(shí)測的熱誤差序列進(jìn)行識(shí)模、建模和預(yù)報(bào)，最后通過對(duì)車削中心連續(xù)多組觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算分析，論證了時(shí)序分析法在數(shù)控機(jī)床熱誤差建模應(yīng)用中的可行性與有效性。 (3)提出了采用灰色系統(tǒng)模型進(jìn)行機(jī)床熱誤差建模的基本原理及方法，及其在機(jī)床熱誤差補(bǔ)償建模中的應(yīng)用。詳細(xì)論述了如何利用實(shí)測的熱誤差序列，通過灰色系統(tǒng)理論的建模方法進(jìn)行機(jī)床熱誤差建模和預(yù)報(bào)。并且在此基礎(chǔ)上提出了基于改進(jìn)灰色系統(tǒng)的預(yù)測模型，該模型首先利用函數(shù)變換法

4、改善灰色系統(tǒng)數(shù)據(jù)序列的光滑度，然后采用等維新陳代謝法克服了傳統(tǒng)的灰色預(yù)測模型的不足，使所建模型具備了輸入數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新的能力，使預(yù)測更趨于合理。 (4)基于機(jī)床熱變形誤差的產(chǎn)生機(jī)理及其表現(xiàn)形式的復(fù)雜性，本文綜合了時(shí)序分析方法建模和灰色系統(tǒng)理論建模的優(yōu)點(diǎn)，研究了智能預(yù)測模型，將該模型應(yīng)用于一臺(tái)數(shù)控車削加工中心進(jìn)行熱誤差趨勢預(yù)測，進(jìn)行機(jī)床熱誤差補(bǔ)償研究。智能預(yù)測模型是在灰色系統(tǒng)GM(1，1)建模思想的基礎(chǔ)上，首先通過函數(shù)變換法改變了機(jī)

5、床熱誤差原始數(shù)據(jù)序列的光滑度，再用得到的新數(shù)據(jù)序列建立灰色系統(tǒng)GM(1，1)模型，對(duì)于GM(1，1)模型的殘差序列又建立了時(shí)序分析模型，以修正原GM(1，1)模型，從而進(jìn)一步改善了綜合預(yù)測模型的建模精度，將其應(yīng)用于工廠現(xiàn)場的一臺(tái)數(shù)控車削中心進(jìn)行熱誤差預(yù)測建模研究，取得了令人滿意的結(jié)果，能夠有效地提高機(jī)床熱誤差的預(yù)測精度，對(duì)實(shí)現(xiàn)機(jī)床熱誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償具有重要意義。 (5)主要介紹了測量不確定度的定義及內(nèi)容，借助于灰色系統(tǒng)理論的特點(diǎn)，著

6、重探討了檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)不確定度的計(jì)算步驟和方法。結(jié)合自主研發(fā)的數(shù)控機(jī)床熱誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償檢測系統(tǒng)，對(duì)車削加工中心熱誤差進(jìn)行了測試，通過獲得的測試數(shù)據(jù)來進(jìn)行動(dòng)態(tài)不確定度分析和研究，最終得出了檢測系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)不確定度表達(dá)式，并與其靜態(tài)不確定度進(jìn)行了比較，分析了產(chǎn)生誤差原因，通過殘差修正進(jìn)一步提高了動(dòng)態(tài)不確定度的精度，為科學(xué)的評(píng)價(jià)檢測系統(tǒng)，提高檢測系統(tǒng)的有效性提供了依據(jù)。 (6)進(jìn)行熱誤差魯棒建模的試驗(yàn)研究，實(shí)施熱誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償在車削中心上的