铣车复合加工中心整机热变形及误差补偿的研究

作     者：刘征文 liuzhengwen

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢黎明

授予年度：2013年

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学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：整机热变形 误差补偿 模糊聚类 多元线性回归 ANSYS Workbench 

摘      要：随着数控机床向高速度、高精度、智能化方向的发展,机床的热变形问题日趋严重,大大阻碍了新技术的发展。目前,学者们研究发现：加工精度往往取决于结构热变形的大小,而高于动刚度的大小。大量研究表明,热变形误差是数控机床等精密加工机械的最大误差源,占总误差的40-70%左右。因此,如何控制热变形误差对提高数控机床的加工精度具有非常重要的意义。 本文以2010年度国家科技重大专项——动梁无滑枕立式铣车复合加工中心(课题编号：2010ZX04001-032)为研究对象,针对以上热变形误差问题对复合加工中心整机的热边界条件、温度场、热变形、温度测点的优化选择、热误差模型的建立以及热误差的补偿等方面进行了研究。本文的主要内容如下： 1.通过对传热学的基本理论、温度场的有限元理论以及ANSYS Workbench软件在温度场分析方面的相关理论的研究,为建立并分析整机温度场与热变形提供了理论依据。 2.利用Pro/E软件建立了整机的三维实体简化模型,并通过标准协议IGES格式导入ANSYS Workbench中,通过设置单元类型、定义材料属性,并用分块划分网格的方法得到整机的有限元模型。 3.研究了机床的热源分布以及发热机理,确定机床发热的关键部件,根据相关边界条件的计算公式,计算出了各主要发热部件的发热功率以及求解温度场热变形的相关数据,利用ANSYS Workbench有限元分析,得到了整机的温度场及其热变形量,为热误差补偿提供了理论基础。 4.针对复合加工中心稳态温度场分布,合理确定了机床上测温点的位置。在保证热误差模型精度的条件下,借助于改进的模糊聚类分析法,并运用Matlab软件从众多的测温点中选出了影响程度最关键的点。经过模糊聚类分析法对测温点的筛选,减少了测点的数量,优化了温度传感器在机床上的位置布置,提高了热误差模型的鲁棒性。 5.运用多元线性回归法建立了整机的热误差补偿模型。通过补偿效果与实验数据的比较,结果表明该多元线性回归补偿法可以明显提高机床的加工精度。