数控机床热误差稳健性建模理论与应用研究

发布时间：2025-06-10 02:31

　　精度是高端数控机床重要的性能指标。热误差是由于机床加工过程中,零部件热变形引起的刀具和工件之间的额外偏移,占据数控机床总误差的40%～70%,严重影响机床加工精度。热误差补偿技术是目前减小机床热误差最为有效的途径,需要首先对机床多点温度和热误差进行同步测量,然后根据测量数据,选出对热误差影响占主要权重的点,称为温度敏感点,进而建立温度敏感点和热误差之间的数学模型。利用模型,通过测量机床温度预测热误差,反馈至机床数控系统,伺服系统控制刀具进行反向位移,抵消热误差导致的偏移,达到热误差补偿的目的。热误差补偿关键在于热误差模型对热误差预测的准确性,本文从数学角度和工程应用两个方面出发对热误差模型的精度和稳健性进行了提升。从数学角度,热误差建模除了建模算法本身,温度敏感点的选择同样至关重要,目前,常用的温度敏感点选择算法基本为分类选优,此方法核心思想在于减小温度敏感点之间的共线性。然而,本文根据长期热误差实验观察,发现在降低共线性的同时,必然会导致温度敏感点和热误差之间关联性的下降,模型容易受到外界因素变化的干扰,不利于模型预测精度的长期保持,稳健性较差。因此,本文研究了共线性对建模误差的影响机...

【文章页数】：137 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.3五点测量法

对于热误差,目前国际标准《机床检验通则第3部分:热效应的确定》(ISO230-3:2007IDT)提出了“五点法”对机床热误差进行测量,如图1-3所示。如图1-3所示,五点法测量系统主要包括3个部分,即检验棒、位移传感器和传感器夹具。检验棒为圆柱体结构,被安装在机床主轴刀具部....

图1.4热误差建模两大关键技术

后来,另一种基于统计理论的方法得到了广泛的应用,即直接对机床的温度和热误差进行同步测量,然后利用测量数据建立机床温度和热误差之间的数学模型。这种方法涉及两项关键理论:温度敏感点选择理论和建模算法理论。如图1-4所示,温度敏感点选择理论用于确定预测热误差所需要温度测点的位置,即热误....

图1.5热误差补偿嵌入技术方案示意图

机床数控系统的PMC功能对外开放了许多闲置的I/O口,用于向外部传送或接收外部传来的信号,并存放于寄存器中。利用此功能,可借助外部电路,采用以下技术方案实现补偿嵌入,如图1-5所示。图1-5中,热误差补偿器即上述外部电路,其内部的微控制器被编程写入热误差补偿模型。补偿器需要外接温....

图2.1神经网络模型结构形式

神经网络模型形式上是节点构成的网络状结构,包括输入层、隐藏层和输出层。如图2-1所示。图2-1中所示的神经网络,输入层有两个节点,说明模型有两个输入变量;有一个输出层节点,说明模型有一个输出变量,也就是说,模型的输入层和输出层节点数由输入变量和输出变量的个数决定。神经网络输出层可....

本文编号：4050181