数控车床综合热误差建模及工程应用 - 哈尔滨工业大学学报.PDF

第４８卷　 第 １期 哈　 尔　 滨　 工　 业　 大　 学　 学　 报 Ｖｏｌ４８ Ｎｏ１ 　 　 ２０ １６年１月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＡＲＢＩＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｊａｎ． ２０１６ 　 　 　 　 　 　 ｄｏｉ：１０．１１９１８／ ｊ．ｉｓｓｎ．０３６７⁃６２３４．２０１６．０１．０１６ 数控车床综合热误差建模及工程应用 １ １，２ １ １ １ １ 孙志超 ，侯瑞生 ，陶　 涛 ，杨　 军 ，梅雪松 ，王新孟 （１．机械制造系统工程国家重点实验室（西安交通大学），７１００４９ 西安；２． 河北工程大学 机电工程学院，０５６０３８河北 邯郸） 摘　 要：针对车床实际工程应用中主轴与进给轴综合误差对工件加工精度产生影响问题，建立包含工件膨胀效应的主轴与进 给轴综合热误差模型，并进行实际切削验证． 以精密车床为研究对象，综合分析车床主轴、进给轴和工件在实际加工中的相互 影响关系，并建立三者之间的综合热误差多元线性回归模型（ＭＬＲＡ）． 实验结果表明：含有工件膨胀效应系数的综合热误差模 型符合实际工况，有效提高了车床的加工精度． 主轴热误差模型的预测精度达８５％以上，进给轴预测精度达７０％以上，实际加 工中工件误差由１５ μｍ 降低到５ μｍ左右． 综合热误差模型显著提高了高精密数控车床的加工精度． 关键词：数控车床；主轴；进给轴；工件膨胀效应；热误差建模；热误差补偿 － － － 中图分类号：ＴＨ１６１；ＴＧ５３２ 文献标志码：Ａ 文章编号：０３６７ ６２３４（２０１６）０１ ０１０７ ０７ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｒｒｏｒ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｏｒ ＮＣｌａｔｈｅ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ １ １，２ １ １ １ １ ＳＵＮ Ｚｈｉｃｈａｏ ，ＨＯＵ Ｒｕｉｓｈｅｎｇ ，ＴＡＯＴａｏ ，ＹＡＮＧＪｕｎ ，ＭＥＩ Ｘｕｅｓｏｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｘｉｎｍｅｎｇ （１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｘｉ′ａｎＪｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），７１００４９ Ｘｉ′ａｎ，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｍａｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｒｅ，Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，０５６０３８ Ｈａｎｄａｎ，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｒｒｏｒ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｐｉｎｄｌｅ ａｎｄ ｆｅｅｄ ｓｈａｆｔ ｃｏｕｌｄ ａｃｔｒｕａｌｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓ ｉｎ ｐｒｃｅｓｓｉｎｇ． Ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ，ｗｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｈｅ ｃｏｎｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｒｒｏｒ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｐｉｎｄｌｅ ａｎｄｆｅｅｄ ｓｈａｆｔ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｏｆ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓ， ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｉｔ． Ｔｈｅ ｍｕｔｕａｌ ｅｆｆｅｃｔｉｏｎ ａｍｏｎｇ ｓｐｉｎｄｌｅ， ｆｅｅｄ ｓｈａｆｔ ａｎｄ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ