基于光纖光柵傳感的重型機(jī)床立柱熱變形監(jiān)測研究.pdf

1、重型數(shù)控機(jī)床在加工制造業(yè)中扮演著相當(dāng)重要的角色，提高其加工精度一直是備受關(guān)注的重要研究課題。研究表明，熱誤差占機(jī)床總誤差的45％左右，同時(shí)精度要求越高，其所占比重越大。為了能減少或后期抵消熱誤差，目前對(duì)熱誤差的研究主要集中在機(jī)床溫度場分析、溫度變化與熱變形建模等方面。由于機(jī)床是個(gè)復(fù)雜的物理結(jié)構(gòu)，并且存在外界環(huán)境的不可控干擾，溫度場難以重構(gòu)，而所建模型的精確性、魯棒性和運(yùn)算效率也影響著熱誤差補(bǔ)償裝置的效果。
　　機(jī)床熱誤差是機(jī)床各部

2、件在熱源影響下產(chǎn)生形變的共同作用效果，而熱變形建模是熱誤差補(bǔ)償技術(shù)的基礎(chǔ)，通過所建模型可以根據(jù)實(shí)時(shí)溫度變化預(yù)測并補(bǔ)償形變量而實(shí)現(xiàn)熱誤差的減少。從物理結(jié)構(gòu)上看，立柱的彎曲會(huì)引起橫梁前傾，從而導(dǎo)致加工主軸發(fā)生熱漂移。本文以機(jī)床的大型構(gòu)件—立柱為研究對(duì)象，圍繞其與機(jī)床熱變形之間的關(guān)系開展了如下工作：
　?。?）對(duì)機(jī)床的熱源分布進(jìn)行分析，運(yùn)用光纖光柵溫度傳感器針對(duì)立柱的溫度場進(jìn)行了初步測量，同時(shí)運(yùn)用CCD激光位移傳感器同步采集主軸熱漂移（

3、機(jī)床Y方向熱變形），并對(duì)立柱溫度變化與熱變形數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性進(jìn)行分析。
　?。?）并非所有溫度測點(diǎn)與熱變形之間有明顯關(guān)系，因此運(yùn)用模糊聚類方法對(duì)溫度測量點(diǎn)進(jìn)行分組，然后以不同的側(cè)重點(diǎn)，分別采用偏相關(guān)分析、最大靈敏度和灰關(guān)聯(lián)分析方法從分組中篩選出關(guān)鍵溫度測量點(diǎn)，并基于篩選結(jié)果存在交叉性，提出一種更為平衡的綜合測點(diǎn)優(yōu)化策略。
　?。?）基于所得到的關(guān)鍵溫度測量點(diǎn)分別運(yùn)用多元線性回歸模型、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和基于遺傳算法改進(jìn)的BP網(wǎng)

4、絡(luò)模型建立其與機(jī)床熱變形的關(guān)系模型，并對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估得到最佳的預(yù)測模型。同時(shí)根據(jù)評(píng)估結(jié)果也驗(yàn)證了不同測點(diǎn)優(yōu)化策略的優(yōu)劣，進(jìn)而提出測點(diǎn)優(yōu)化和建模方法改進(jìn)的建議。
　?。?）為了更方便和深入的研究立柱形變對(duì)機(jī)床熱誤差的影響機(jī)理，基于光纖光柵的應(yīng)變量測量，推導(dǎo)了柱形結(jié)構(gòu)應(yīng)變量與自身形變狀態(tài)之間的關(guān)系。同時(shí)設(shè)計(jì)了柱形結(jié)構(gòu)二維形變實(shí)時(shí)監(jiān)測模型和實(shí)現(xiàn)方案，運(yùn)用該模型能夠在線監(jiān)測機(jī)床柱形結(jié)構(gòu)的彎曲變化特點(diǎn)，對(duì)后續(xù)熱誤差補(bǔ)償?shù)难芯可踔潦侵谓Y(jié)構(gòu)的