畢業(yè)設(shè)計（論文）高精密數(shù)控機床熱變形及其補償技術(shù)

1、目錄摘要1abstract20 文獻綜述30.1 提高機床加工精度有兩種基本方法30.2 熱誤差補償?shù)淖钚掳l(fā)展41 引言42 高速精密數(shù)控技術(shù)72.1 國外高速精密技術(shù)的發(fā)展82.2 我國高速精密數(shù)控技術(shù)現(xiàn)狀92.3 我國與國外發(fā)達國家的差距102.4 高速精密數(shù)控技術(shù)的不足113 高速精密數(shù)控技術(shù)熱變形113.1 數(shù)控機床熱變形的產(chǎn)生原因113.2 熱變形對生產(chǎn)的影響124 減小機床熱變形的控制措施135機床自身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化155.1 采用高速電主軸裝置155.1.1 高速電主軸的熱源分析及冷卻165.2滾珠絲桿螺母副175.2.1 滾珠絲桿螺母副的結(jié)構(gòu)175.2.2 滾珠絲桿螺母副的熱變形控

2、制185.3 進給導(dǎo)軌的改進185.3.1 注塑導(dǎo)軌185.3.2 滾動導(dǎo)軌195.3.3 靜壓導(dǎo)軌205.4 機床的改進結(jié)構(gòu)布局圖206 熱變形影響的誤差檢測與補償216.1 機床型號及參數(shù)21 6.2 溫度的測量及選擇測溫點226.3 熱誤差補償模型的建立236.3.1多元線性回歸246.3.2 補償模型的建立256.3.3 測量數(shù)據(jù)及分析256.4 熱誤差補償?shù)膱?zhí)行286.4.1補償結(jié)果297 結(jié)語30參考文獻30致謝30高速精密數(shù)控車床熱變形誤差及其補償技術(shù)摘要：高精密數(shù)控機床以其顯著的加工優(yōu)勢和無法替代的先進性，逐漸成為當(dāng)今加工方式的主流，本文簡單介紹了高精密數(shù)控機床的發(fā)展過程，以及

3、國內(nèi)與國外的差距。同時熱變形誤差是影響機床加工精度的重要因素之一，通過誤差補償?shù)姆椒梢蕴岣邫C床的加工精度。分析了高精密數(shù)控機床加工熱變形的產(chǎn)生原因，以及一些減少機床熱變形的方法。從機床自身結(jié)構(gòu)為出發(fā)點，優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)，減小機床熱變形。以惠州市博賽數(shù)控機床有限公司聲場j1mt360機床為例，通過建立數(shù)學(xué)模型，利用多元線形回歸方法建立了機床熱變形與溫升之間的數(shù)學(xué)模型。在機床自身補償系統(tǒng)的作用下，在加工過程中對機床進行實時補償。關(guān)鍵詞：高速精密數(shù)控車床；熱變形；誤差補償；多元線性回歸high speed precision cnc lathe thermal deformation errors a

4、nd compensation technologyabstract: high precision cnc machine with its remarkable processing advantages and irreplaceable sophistication, gradually become the mainstream of the current processing method, this article simply introduces the development of high precision cnc machine process and the do

5、mestic and foreign gap. meanwhile thermal deformation errors affect machining precision is one of the important factors, through the error compensation method can improve the machining precision of the machine. high precision cnc machine analyzed the causes of the thermal deformation processing, and

6、 some reduce machine thermal deformation of reason. from the machine itself as a starting point, optimize the structure of body structure, reduce machine thermal deformation. in huizhou boosay cnc machine tool co., ltd. for example, j1mt360 machine acoustic by establishing mathematics model, using m

7、ultivariate linear regression method to establish the machine thermal deformation and the mathematical model between temperature. the machine itself, under the action of compensation system for machine tools in the machining process real-time compensation.keywords: high speed precision cnc lathe; th

8、ermal deformation; error compensation; multivariate linear regression0 文獻綜述0.1 提高機床加工精度有兩種基本方法高精密和超精密加工技術(shù)是指采用超硬材料的刃具，通過極大地提高切削速度和進給速度來提高材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代加工技術(shù)。隨著制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，以前的制造方法已經(jīng)不能滿足人們的生產(chǎn)需求，高速、高精度、高效率已經(jīng)成為了現(xiàn)在機械制造行業(yè)的主要。隨著高精密數(shù)控機床的發(fā)展，計算機集成制造（cim）、工廠自動化（fm）等重要基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，對機床在加工過程中對各種誤差的自動監(jiān)控和自動補償問題提出了新的

9、要求。而機床的主軸熱變形、進給系統(tǒng)的誤差是影響工件加工精度的最大影響因素。通過研究發(fā)現(xiàn)，機床熱變形產(chǎn)生的加工誤差，是高精密數(shù)控技術(shù)在加工過程中產(chǎn)生誤差的主要來源。為了提高工件精度，減小機床受損，減小熱誤差對機床的影響在現(xiàn)代加工技術(shù)中具有重要意義。目前提高機床加工精度主要從兩方面進行，一是在誤差產(chǎn)生以前采取一些措施，預(yù)防誤差的產(chǎn)生；二是在誤差產(chǎn)生并檢測到之后，通過軟件或者硬件條件對誤差進行實施補償，從而削減其對加工精度的影響。采取一些措施，預(yù)防誤差的產(chǎn)生主要從機床自身以及加工的外部條件著手。在機床方面，通過改變機床自身結(jié)構(gòu)的布局，改進刀具的結(jié)構(gòu)使其適應(yīng)高速加工條件的進行，提高進給系統(tǒng)的精度，防止

10、工件走位誤差的產(chǎn)生等；對于加工的外部條件，可以將機床放在恒溫車間，在加工前進行加工“預(yù)熱”，對數(shù)控機床進行空轉(zhuǎn)，待機床自身達到運轉(zhuǎn)熱平衡時在對工件進行加工等。誤差的提前預(yù)防具有一定的局限性，對機床自身的改進也是一個浩大的工程，而對外部環(huán)境的控制則更難進行。誤差的提前預(yù)防從經(jīng)濟上來說是比較昂貴的，但是從長遠發(fā)展來看，如果提前預(yù)防得以實現(xiàn)，對于降低生產(chǎn)成本，提高加工精度以及生產(chǎn)效率都有很大作用，因此對于誤差的提前預(yù)防的研究，各國學(xué)者從來沒有放棄過。而通過對加工過程的檢測，對發(fā)現(xiàn)的加工誤差進行實時補償，這對加工過程是勢在必行。誤差是無處不在的，無論機床的制造精度有多高，加工溫度控制的多好，但是加工過

11、程產(chǎn)生的切削熱等是不可控，也無法進行預(yù)先檢測的，為了消除這些加工前無法檢測的因素對精工精度的影響，通過利用傳感器布置在熱源易產(chǎn)生的地方，對溫度進行檢測，在發(fā)現(xiàn)誤差時，即使的將數(shù)據(jù)反饋給cnc控制系統(tǒng)，在通過執(zhí)行裝置對刀具的進給走向進行控制，從而最大程度上削減加工誤差。隨著制造技術(shù)的高速發(fā)展，對高精密數(shù)控技術(shù)的加工精度又提出了新的挑戰(zhàn)。所以在各國，對于高精密數(shù)控機床補償技術(shù)的研究一直都沒有停止過，甚至還建立起了聯(lián)盟，共享最新的研究成果。0.2 熱誤差補償?shù)淖钚掳l(fā)展在現(xiàn)在，熱誤差補償技術(shù)有很多，發(fā)展也很快速。最新的補償技術(shù)有以下幾種：1）測量技術(shù)與數(shù)控設(shè)備相結(jié)合的技術(shù)數(shù)控設(shè)備的主要誤差來源可分為幾

12、何誤差和熱誤差。對于重復(fù)出現(xiàn)的系統(tǒng)誤差，可采用軟件修正；對于隨機誤差較大的情況，必須使用實時校正的方法。對于熱誤差，通常是通過溫度測量獲得一定的數(shù)值，在進行數(shù)據(jù)分析處理并進行修正。我國在機床領(lǐng)域市場低下的同時大量進口國外設(shè)備，主要原因就是因為在誤差修正方面的技術(shù)還不夠先進，準(zhǔn)確度不夠。為此，需要將更先進的檢測技術(shù)與數(shù)控機床的控制裝置相聯(lián)系起來，以適應(yīng)誤差檢測和幾何誤差測量的需要。最終將測量結(jié)果等數(shù)據(jù)同步輸入計算機，在通過機床控制終端進行補償處理。（2）綜合運用多種技術(shù)相結(jié)合的在線檢測技術(shù)綜合運用圖像、頻譜、光譜、光纖以及其他光與物質(zhì)的傳感器具有相互作用原理的非接觸式、靈敏度高、靈活性高，應(yīng)用范

13、圍廣的優(yōu)點。在這一領(lǐng)域的綜合創(chuàng)新十分廣泛,如振動、粗糙度、污染物、含水率、加工尺寸及相互位置的測量。（3）配合信息產(chǎn)業(yè)和生產(chǎn)科學(xué)的技術(shù)創(chuàng)新以開放的環(huán)境為生存空間,沒有自主創(chuàng)新技術(shù)是沒有出路的。所以應(yīng)根據(jù)有專利,有技術(shù)含量,有市場等原則選擇一些項目支持。根據(jù)目前的發(fā)展情況，信息、生命醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)和其他領(lǐng)域需要的產(chǎn)品應(yīng)該優(yōu)先考慮的支持。如醫(yī)療介入精密儀器設(shè)備、電子工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的超分辨率光蝕刻法和清洗方法和機理研究等。1 引言制造業(yè)是指對制造資源（物料、能源、設(shè)備、工具、資金、技術(shù)、信息和人力等），按照市場要求，通過制造過程，轉(zhuǎn)化為可供人們使用和利用的工業(yè)品與生活消費品的行業(yè)，包括扣除采掘業(yè)、

14、公用業(yè)后的所有30個行業(yè)。目前，作為我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè), 制造業(yè)是我國經(jīng)濟增長的主導(dǎo)部門和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)；作為經(jīng)濟社會發(fā)展的重要依托, 制造業(yè)是我國城鎮(zhèn)就業(yè)的主要渠道和國際競爭力的集中體現(xiàn)。制造業(yè)直接體現(xiàn)了一個國家的生產(chǎn)力水平，是區(qū)別發(fā)展中國家和發(fā)達國家的重要因素。影響其發(fā)展速度最主要的因素是技術(shù)的推動和市場的牽引。今天,在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)為龍頭,以智力資源為主要依靠知識經(jīng)濟條件下,制造業(yè)發(fā)生著革命性的變化、制造技術(shù)也在不斷的提高。在制造技術(shù),隨著信息技術(shù)的發(fā)展,一方面,提出了一種基于數(shù)控加工自動化技術(shù)；另一方面,在加工技術(shù)和加工方法也發(fā)展出許多新工藝、新技術(shù),更典型有高速加工技術(shù),精密與超精

15、密加工技術(shù)、高能束加工技術(shù)和虛擬制造技術(shù)等。過去的幾十年時間在機械加工工藝、研究與開發(fā),主要著眼于減少加工的輔助時間。并在此基礎(chǔ)上對數(shù)控加工自動化技術(shù),是最重要的現(xiàn)代制造技術(shù)是一種成就。數(shù)控技術(shù)是綜合了計算機、自動控制、電機、電氣傳動、測量、監(jiān)控、機械制造等學(xué)科領(lǐng)域成果而形成的一門技術(shù)。在現(xiàn)代制造領(lǐng)域中，數(shù)控技術(shù)已成為核心技術(shù)之一。機床數(shù)控技術(shù)由機床本體、數(shù)控系統(tǒng)和外圍技術(shù)組成。其組成部分如圖1所示： 圖1 機床數(shù)控技術(shù)的組成figure 1 the composition of machine tool cnc technology數(shù)控技術(shù)是一種高效、新型的自動化機床，在航天、航空、船舶、電

16、子、汽車模具等被廣泛運用在工業(yè)。隨著自動控制理論、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、精密測量技術(shù)和機械制造技術(shù)的進一步發(fā)展,數(shù)控技術(shù)的高速、高精度、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、可靠性高等優(yōu)點的方向迅速發(fā)展。隨著數(shù)控機床的普及應(yīng)用，機械加工的自動化程度大大提高。加工自動化技術(shù)在提高生產(chǎn)率的同時，也大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量，使企業(yè)獲得顯著效益。圖2所示為近三十年來零件加工切削時間和輔助時間的變化情況。圖2 零件加工切削時間和輔助時間的變化情況figure 2 parts processing cutting time and auxiliary time variations由上可見，19601980年，由于數(shù)控機床及加工中心

17、的大力發(fā)展，零件加工的輔助時間迅速下降；加工零件的輔助時間大幅度降低，在機械零件加工的總工時中，切削所占用的時間比例就變得越來越大。因此，要想進一步提高機床的生產(chǎn)率，除了優(yōu)化生產(chǎn)工藝外，只有大幅度削減切削工時，才有可能在提高機床生產(chǎn)率的方面出現(xiàn)又一次質(zhì)的飛躍。降低切削工時就意味著要提高切削速度，包括提高主軸轉(zhuǎn)速和進給速度。這就是近幾十年來高速精密數(shù)控技術(shù)得以迅速發(fā)展的歷史背景。 而20世紀(jì)70年代以來，由于高速切削技術(shù)的逐漸推廣應(yīng)用，零件加工中的切削工時開始呈現(xiàn)大幅度的下降。由于高速精密數(shù)控技術(shù)的生產(chǎn)率高、高進給切削速度、精度高、質(zhì)量穩(wěn)定、適應(yīng)性廣、勞動條件好、利于現(xiàn)代化管理等優(yōu)點，其逐步成為

18、當(dāng)今加工技術(shù)的主流。2 高速精密數(shù)控技術(shù)顧名思義，高速精密數(shù)控技術(shù)是通過高性能的數(shù)控機床，以幾倍甚至幾十倍的加工速度來實現(xiàn)對工件加工精度、效率的提高,最終達到提高生產(chǎn)效率的目的。一般來說,高速精密加工包括三個方面:一是精度高的意義，精密加工是指加工精度達到0.1um，表面粗糙度為ra0.10.01um的加工技術(shù),它包括微細加工、超微細加工、光整加工和深加工處理技術(shù)；二高主軸轉(zhuǎn)速,一般來說,主軸轉(zhuǎn)速至少在12000r /分鐘,最高可達每分鐘大約60000 r /分鐘；三高速度、進給速度每分鐘一般幾米甚至幾十米，或者更高。高速精密數(shù)控加工技術(shù)由于具有明顯的加工優(yōu)勢和不可替代的先進性，近幾年在加工領(lǐng)

19、域收到了廣泛的青睞。因為高強度、高熔點的刀具材料和電主軸以及靜默導(dǎo)軌等一些先進裝置的研制成功,再加上高速進給直線電機伺服驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用和其他相關(guān)技術(shù)的不斷改善與應(yīng)用,這些條件的存在，為高速切削技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件?，F(xiàn)在,高精密數(shù)控技術(shù)已經(jīng)進入工業(yè)應(yīng)用階段，在制造業(yè)開始得到廣泛贊譽。高速精密機床的單元技術(shù)和整機水平正在逐步提高。技術(shù)基礎(chǔ)雄厚的機床廠推出了多種高速、高精度的機床產(chǎn)品，并且在航天航空制造、汽車工業(yè)和模具設(shè)計、輕工業(yè)制造等重要工業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)造了驚人的效益。高速精密切削技術(shù)和高速精密數(shù)控加工機床越來越多地受到制造部門的青睞，在購買數(shù)控機床時，高速性能已成為機床的一個重要的指標(biāo)。2.1

20、國外高速精密技術(shù)的發(fā)展國外的高速精密切削技術(shù)的發(fā)展起源可追溯到20世紀(jì)20年代結(jié)束。當(dāng)時德國的卡爾薩洛蒙博士進行了一個超高速仿真實驗。1931年4月出版的著名的超高速切削理論,提出了高速切削的假說。薩洛蒙指出在傳統(tǒng)的切削速度、切削溫度范圍為切削速度的增大而提高。對于每一種工件材料,存在一個速度范圍,在這轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),因為溫度過高,任何切割工具都無法承受,切削加工是不可能的。但是,當(dāng)切削速度的增加,比轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),切削溫度會下降。與此同時,切削力會急劇下降。根據(jù)他的假設(shè),在某些地區(qū)的速度高速切削加工時,會有相對較低的溫度和更小的切削的切削力,不僅有可能使用現(xiàn)成的工具對于超高速切削,從而大大減少了加工

21、時間,提高生產(chǎn)率,但成倍的機床切削過程也將帶來一系列的加工缺陷。美國于1960年開始進行了一項冠以超高速切削的理論性試驗。（該試驗將刀具裝在高射炮里，通過炮彈的彈射能力，將刀具射向工件進行測量）通過這次測試我們發(fā)現(xiàn),在超高速切削條件下,切屑的形成過程與普通切削是有所不同的不同。隨著切削速度的不斷提高，一些塑性材料切屑形態(tài)就在帶狀或片狀到碎屑這幾種形態(tài)之間不斷變化。當(dāng)單位切削力上升時,切削阻力有可能會急劇下降,這些現(xiàn)象說明,在高速切削條件下,切削加工的切削原理將會發(fā)生質(zhì)的改變,切削過程所產(chǎn)生的阻力會開始削減下來,在一定條件下，會比傳統(tǒng)加工更加輕快與輕松。根據(jù)薩洛蒙的理論,美國空軍和洛克希德航空公

22、司為輕合金材料首先研究了超高速銑削加工。1979年,美國國防高技術(shù)研究機構(gòu)(darpa)推出了“先進的加工研究項目”,研究切削速度的速度比塑料波的高速精密切割,為加速切除金屬材料提供了科學(xué)依據(jù)。經(jīng)過4年的研究,取得了重大成就。研究表明:隨著切削速度的增加,切削力下降,加工表面質(zhì)量得到提高。刀具的磨損主要取決于刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù),并確定最佳的切削速度范圍鋁合金是1500 -4500米/分鐘。在德國，該國家的研究技術(shù)發(fā)展部于1984年在達姆施塔特工業(yè)大學(xué)組織了生產(chǎn)工程與機床研究所（ptw）為首的、多家公司參加的兩項聯(lián)合研究計劃，進行了全面而系統(tǒng)的研究超高速切削機床、工具、控制系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù),分別對

23、各種工件材料鑄鐵、特種合金、鋁合金、銅合金lvmei合金的鑄造、塑料等和纖維增強了超高速切削性能作進一步的研究和試驗,取得了國際公認(rèn)的高水平研究成果,并廣泛應(yīng)用于德國工廠,為德國創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟價值。japan在上個世紀(jì)六十年代初期，開始了對超高速精密切削機理的研究。日本研究人員發(fā)現(xiàn)在超高速精密切割,大多數(shù)的切削熱、工件切屑產(chǎn)生的熱量被快速帶走、基本保持冷態(tài)，整個加工過程產(chǎn)生的熱量要比比常規(guī)切削產(chǎn)生的熱量多很多。日本工業(yè)界善于吸收各國的研究成果并及時的應(yīng)用到新產(chǎn)品開發(fā)中去，尤其是超高速切削精密機床的研究和開發(fā)方面后來居上，現(xiàn)已經(jīng)躍居世界領(lǐng)先地位。進入20世紀(jì)90年代以來，以松浦、牧野、馬扎克和

24、新瀉鐵工等公司為代表的一批機床制造廠，陸續(xù)向市場上推出了不少超高速精密數(shù)控加工中心和精密數(shù)控銑床，日本廠商現(xiàn)已成為世界上超高速精密數(shù)控機床的主要提供者。與此同時，法國、瑞士、英國、前蘇聯(lián)、意大利和澳大利亞等國在超高速精密數(shù)控方面也做了不少工作。高速精密數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的極大重視。1995年和1996年的國際生產(chǎn)工程研究學(xué)會（cirp）學(xué)精密加工的專題學(xué)術(shù)討論會廣泛交流高速精密加工技術(shù)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用成果，探討存在的問題及解決辦法。2.2 我國高速精密數(shù)控技術(shù)現(xiàn)狀相比國外工業(yè)發(fā)達國家的高速精密數(shù)控技術(shù)發(fā)展，我國起步較晚，競爭力處于明顯的劣勢，因此推廣及發(fā)展高精密加工技術(shù)

25、顯得刻不容緩。1994年，中國機床工具工業(yè)協(xié)會組織考察工作組，赴美、日考察高速精密數(shù)控機床的發(fā)展和應(yīng)用情況?；貒蟀l(fā)表了考察報告，報告比較系統(tǒng)的向國內(nèi)機床界介紹了國外高速切削技術(shù)和高速數(shù)控機床的發(fā)展?fàn)顩r。文章針對高速精密切削理論、適用領(lǐng)域以及實現(xiàn)高速精密數(shù)控的關(guān)鍵技術(shù)，包括高速電主軸、高速直線電動機進給系統(tǒng)、刀具的材料和系統(tǒng)，以及高速數(shù)控機床的其他技術(shù)做了詳細的比較和敘述?？疾靾蟾嬉鹆藝鴥?nèi)業(yè)內(nèi)人士的重視。報告指出，高速精密數(shù)控機床比之一般的數(shù)控機床，在內(nèi)涵上已有了質(zhì)的變化，并稱高速數(shù)控機床為“下一代新機床”。文章認(rèn)為，高速數(shù)控機床的成功應(yīng)用，將促使所有的工業(yè)部門重新評價傳統(tǒng)的金屬切削技術(shù)。同

26、時指出，高速切削和高速數(shù)控機床的成功應(yīng)用，是長期應(yīng)用基礎(chǔ)研究的結(jié)果，是一大批科研成果商品化的產(chǎn)物，希望我國也加強和重視這方面的基礎(chǔ)研究理論研究，增加技術(shù)儲備，在高速精密切削技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用中作出我們的一份貢獻。在上個世紀(jì)九十年代初,北京理工大學(xué)開始研究高速精密切割的基本方法和理論,由于缺少研究設(shè)備,豐富的研究并不深入。與此同時,廣東工業(yè)大學(xué)教授zhangbolin為首的超高速加工機床實驗室,對高速精密切削技術(shù)的各方面，以及高速數(shù)控機床及主要零部件進行了更深入的理論研究和實驗研究,包括提供高轉(zhuǎn)速電主軸、直線電機進給系統(tǒng)技術(shù)等。與此同時,應(yīng)用高速精密數(shù)控機床加工技術(shù)研究和刀具的研究也開始進行,并且取

27、得了一些成績在中國的發(fā)展,在高速高精度的cnc切削技術(shù)應(yīng)用中扮演著重要的角色。國外高速精密數(shù)控切削技術(shù)的飛速發(fā)展，在強大自身并以高速精密數(shù)控機床的迅速產(chǎn)品化打入中國市場的同時，也在刺激著中國高速精密數(shù)控機床的研究與發(fā)展。目前我國能夠生產(chǎn)高速精密數(shù)控機床的生產(chǎn)企業(yè)已有十幾家，大部分已引用技術(shù)為主，基本上是高速加工中心。在2001年4月北京舉行的第七屆中國國際機床展覽會（cimt2001）上，展出了19臺國產(chǎn)高速數(shù)控加工中心及高速銑。無論數(shù)量還是水平上，都遠遠超出上屆。主軸轉(zhuǎn)速1000040000rmin，快移速度3060mmin，加速度0.5g1g，換刀時間（tt）1.52s左右。其中南京四開公

28、司展出了一臺x軸采用直線電動機驅(qū)動的數(shù)控車床，現(xiàn)場演示了高速加工一種釬具的非圓截面異型螺紋，其中工作臺的最大加速度達到4g5g，最大進給速度超過了100mmin?？傊?，我國國產(chǎn)高速精密數(shù)控切削機床已開始進入我國制造技術(shù)的生產(chǎn)領(lǐng)域。據(jù)估計，已經(jīng)有近約100臺高速精密數(shù)控機床在使用中，主要分布在航天、航空、汽車、摩托車、模具、儀器儀表等行業(yè)。2.3 我國與國外發(fā)達國家的差距雖然我國高速精密數(shù)控切削機床已開始進入我國制造技術(shù)的生產(chǎn)領(lǐng)域，但由于我國工業(yè)起步晚，受于國力的限制，我國在這些方面同國外發(fā)達國家相比還有著一段不小的差距。近年來國產(chǎn)精密數(shù)控機床的開發(fā)取得了很大的進步，但與國外產(chǎn)品相比較，國產(chǎn)的精

29、密數(shù)控機床無論是性能、品種和質(zhì)量都有較大差距，所以目前國產(chǎn)的高轉(zhuǎn)速、高精度數(shù)控機床和加工中心，仍然主要從國外進口。在中、高端數(shù)控機床電主軸市場上，由于國內(nèi)起步太晚，再加上前幾年我國的國情所致，未能引起國家以及企業(yè)的足夠的重視。隨著數(shù)控機床電主軸的在國外的普及，等我國開始發(fā)展時，國外各發(fā)達國家的技術(shù)已經(jīng)大大領(lǐng)先于我國的技術(shù)，再加上發(fā)達國家對我國在這方面實行技術(shù)封鎖，設(shè)置了大量的技術(shù)障礙。如，在我們購買外國的先進機床或者電機的時候，國外廠商要求必須購買其開發(fā)的機床cnc系統(tǒng)，否則不對我們開放其數(shù)據(jù)接口，如果只用模擬量與編碼器對接，有可能導(dǎo)致最終加工控制的不準(zhǔn)確性。而對于一些高精度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的電主

30、軸，以我國目前的技術(shù)水平還做不出來。 在編碼器方面，高端電主軸技術(shù),是國內(nèi)還沒有掌握的技術(shù),需要使用光學(xué)編碼器磁編碼器。據(jù)了解,國內(nèi)企業(yè)還沒有出現(xiàn)可使用的實際磁編碼器。國內(nèi)企業(yè)必須用進口,但不能和國外數(shù)控系統(tǒng)界面相連接,只有實現(xiàn)模擬控制的,比如剛性攻絲卻不能。因此,在使用國產(chǎn)電主軸,受到限制,難以推廣。目前,洛陽軸研科技公司實際產(chǎn)品數(shù)量高端電主軸,數(shù)量也比較少。在高速精密軸承上，國內(nèi)軸承的可靠性和國外有差距,由于原材料的質(zhì)量問題,引起的軸承質(zhì)量不穩(wěn)定。國內(nèi)電機設(shè)計技術(shù)低下與偏保守,同時國內(nèi)電主軸體積也比國外的電主軸要大。 2.4 高速精密數(shù)控技術(shù)的不足在制造行業(yè)中，高速精密數(shù)控技術(shù)以其顯著的加

31、工優(yōu)勢和，在越來越多的機械加工領(lǐng)域起到了重要作用，但由于自身的無法替代性，也制約了其研究與發(fā)展，主要表現(xiàn)在一下幾個方面：1）、技術(shù)的先進性，帶來的高成本，使其在短時間內(nèi)無法得到廣泛應(yīng)用。2）、運轉(zhuǎn)快，帶來的高熱性，其機床的熱變形較一般車床嚴(yán)重。3）、機床的磨損程度較一般機床快，機床使用壽命短。以上這些因素的存在，在很大程度上制約了高速精密數(shù)控機床的普及性，而在這些因素中，機床熱變形是加工零件尺寸發(fā)生變化的主要原因。因此，在這里我們選擇機床熱變形因素及其補償技術(shù)作為主要研究方向。3 高速精密數(shù)控技術(shù)熱變形3.1 數(shù)控機床熱變形的產(chǎn)生原因數(shù)控機床工作時，會受到多種熱源的影響,這些熱源主要可以分為兩

32、大類: 內(nèi)熱源和外熱源。前者來自機床切削過程，包括加工動力源(如主軸電機、進給電機等) 能量損耗轉(zhuǎn)化為的熱量；傳動部件(如軸承副、導(dǎo)軌副等) 產(chǎn)生的摩擦熱；刀具切削加工時產(chǎn)生的切削熱；外熱源主要是由數(shù)控機床工作的外部條件所影響，如室溫變化、陽光照射、以及工作人員的操作方法等。機床在工作時的溫升并不大，車床一般不超過60 c, 但由于一般車床都比較大, 因此熱變形就相對較大，從而影響產(chǎn)品的加工精度。圖3表明了各種熱源是如何作用到機床, 從而產(chǎn)生熱變形。冷卻劑切 削過 程機床運動 件人車 間環(huán) 境傳導(dǎo)、對流、輻射機床熱敏感元件尺寸、形狀誤差熱變形圖3 各種熱源對機床的作用figure 3 vari

33、ous heat source of machine role數(shù)控機床工作時受到內(nèi)熱源和外熱源的的交互影響，而這些內(nèi)外熱源從根本上來說都是非恒定的，由于不同的加工條件下,各零部件的材料、形狀、結(jié)構(gòu)等具有不同的變化程度,他們的熱慣性也不完全相同,再加上擬合的熱阻,機床之間具有不相同的表面?zhèn)鳠釛l件等因素,從而形成了不同的溫度場。這使得機床各部件之間的相對位置發(fā)生了變化, 破壞了機床原有的精度, 加快了運動件的磨損, 從而造成工件的加工誤差。3.2 熱變形對生產(chǎn)的影響由于高速精密數(shù)控機床在工作時主軸轉(zhuǎn)速高，加工溫度高，被加工零件的精度高，所以熱變形的存在對工件及機床自身，乃至整個生產(chǎn)過程的進行都有較

34、大的影響，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1）、影響機床自身的加工精度，同時加劇機床運動件的磨損。2）、影響工件的生產(chǎn)精度，工件精度等級達不到，影響后續(xù)加工。3）、由于機床的損耗加劇，故增加生產(chǎn)成本。4）、熱變形的存在嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。4 減小機床熱變形的控制措施數(shù)控機床的各個部件由于環(huán)境（各種熱源散發(fā)的熱量傳遞給機床）的變化，引起溫升，產(chǎn)生熱膨脹，改變刀具與工件的正確相對位置，影響加工精度。為了保證機床的加工精度，必須減少機床的熱變形。常用的措施有如下幾種。1）、控制熱源和發(fā)熱量在機床布局時，應(yīng)減少內(nèi)部熱源，盡量考慮將電機、液壓系統(tǒng)等置于機床本體之外。另外，加工過程產(chǎn)生的切削也是一個不可忽視的熱

35、源，為了快速排除切削，機床的工作臺或主軸常常成傾斜或立式布局，有的還設(shè)置自動排削裝置，隨時將熾熱的切削排到機床外。同時，在工作臺或?qū)к壣显O(shè)置隔熱防護罩，隔離切削的熱量。2）、加強冷卻散熱對于難以分離出去的熱源，可以采取散熱。冷卻的辦法來降低溫度，減少熱變形?，F(xiàn)代精密數(shù)控機床，多采用多噴嘴、大流量冷卻系統(tǒng)直接噴射切削部位，可迅速的將熾熱的切屑帶走，使熱量排出。為控制冷卻液溫升，一般采用大容量循環(huán)散熱或用附加的制冷系統(tǒng)降低溫度。3）、改進機床的布局和結(jié)構(gòu)在機床設(shè)計時盡量采用熱傳導(dǎo)對稱結(jié)構(gòu)，如龍門式平面磨床，若采用單柱式結(jié)構(gòu)，易產(chǎn)生彎曲變形，而采用雙柱式對稱結(jié)構(gòu)，由于左右對稱，受熱后，僅產(chǎn)生垂直方向

36、的平移，其他方向的變形兩很小，而垂直方向的軸線移動可以用垂直坐標(biāo)移動的修正量來補償。圖4 臥式坐標(biāo)鏜床熱變形示意圖figure 4 horizontal coordinates boring thermal deformation schemes在進行加工時將精密數(shù)控機床主軸的熱變形方向與刀具的切入方向垂直，這樣，雖然有熱變形，但不反映到加工精度上，從而可以使熱變形對加工精度的影響降低到最小程度。圖5 加工時刀具的切入方向示意圖figure 5 machining tool cut into the direction when diagram此外在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)設(shè)法使熱量比較大的部位的熱量向

37、熱量小的部位傳導(dǎo)和流動，使結(jié)構(gòu)部件的各個部位均勻受熱，這也是減少機床熱變形的有效措施。4）、采用恒溫控制環(huán)境在一些超精密的數(shù)控車間內(nèi)，一般裝有空調(diào)或者其他溫度調(diào)節(jié)裝置，并配有車間門簾，保持環(huán)境溫度的穩(wěn)定。恒溫的精度一般嚴(yán)格控制在1c，精密級的為0.5c.在恒溫環(huán)境中，機床的啟動時需要足夠的啟動時間，以使各部件特別是熱量較大的支承件達到與環(huán)境溫度的平衡。在加工某些精密零件時，在不需要切削的時候，仍舊讓機床空轉(zhuǎn)，以保持機床的熱平衡。此外，精密機床還不應(yīng)該受到陽光的直接照射，以免引起不均勻的熱變形。5）采用熱變形補償裝置可以通過預(yù)熱熱變形規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型，并存入cnc系統(tǒng)中，控制輸出值進行實時補償

38、。補償用的數(shù)學(xué)模型包括熱力學(xué)模型、線性回歸模型、多元線性回歸、有限元模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和模糊控制模型等。也可以在熱變形敏感位置安裝相應(yīng)的傳感器元件，實測熱變形量，經(jīng)放大后送cnc系統(tǒng)，來進行實時修正補償。5 機床自身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化5.1 采用高速電主軸裝置在高速精密加工中，采用電主軸裝置，可以大幅度提高加工效率，顯著體改工件的加工質(zhì)量，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。目前國內(nèi)外各著名機床制造商在高速精密數(shù)控機床中廣泛采用高速電主軸裝置，特別是在復(fù)合加工車床，多軸連動，多面體加工機床和并聯(lián)機床中。電主軸是高速精密數(shù)控機床的關(guān)鍵部位，其性能指標(biāo)直接決定機床的水平，它是機床實現(xiàn)高速加工的前提和基本條件。電主軸就是直

39、接將空心的電機轉(zhuǎn)子裝在主軸上，定子通過冷卻套固定在主軸箱體孔內(nèi)，形成一個完整的主軸單元，通電后轉(zhuǎn)子直接帶動主軸運動。電主軸單元的典型結(jié)構(gòu)布局方式是電機置于主軸前后軸承之間，其優(yōu)點是主軸單元的軸向尺寸較短，主軸剛度大，功率大，較適合于大中型高速精密數(shù)控機床；其不足是在封閉的主軸箱內(nèi)電機的自然散熱條件差，溫升比較高。圖6是一種電主軸結(jié)構(gòu)：圖6 電主軸結(jié)構(gòu)圖figure 6 electric spindle structure5.1.1 高速電主軸的熱源分析及冷卻電主軸的熱源主要來源于兩個方面：內(nèi)置驅(qū)動電機的主軸發(fā)熱和主軸軸承部位的摩擦發(fā)熱。為此我們必須加以控制，避免由此產(chǎn)生的熱變形影響和降低機床的

40、加工精度和主軸軸承的使用年限，從而影響電主軸的經(jīng)濟壽命和價值。電主軸通常采用內(nèi)藏式主軸結(jié)構(gòu)，但是由于位于主軸部位中的電機無法采用風(fēng)扇散熱，因此再整個加工過程中，該部位的散熱條件比較差。電機在實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的過程中，內(nèi)部產(chǎn)生功率損耗，從而使電機發(fā)熱。研究表明，再電機高速運轉(zhuǎn)條件下，有近1/3的電機發(fā)熱量由電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生，并且轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的絕大部分熱量都通過轉(zhuǎn)子與定子間的氣隙傳入定子中；其余2/3的熱量產(chǎn)生于電機的定子。所以，對電機產(chǎn)生產(chǎn)生發(fā)熱的主要解決方法就是對電機定子采用冷卻液的循環(huán)流動來實行強制冷卻。典型的冷卻系統(tǒng)是外循環(huán)水式冷卻裝置來冷卻電機定子，將電機的熱量帶走。角接觸球軸承的發(fā)熱主要是滾子與滾

41、到之間的滾動摩擦、高速下所受到的陀螺力矩產(chǎn)生的滑動摩擦以及潤滑油的黏性摩擦等產(chǎn)生的。減小軸承的主要措施有以下幾種： 適當(dāng)減小滾珠的直徑。減小滾珠直徑可以減小離心力和陀螺力矩，從而減小摩擦，減少發(fā)熱量。 采用新材料。例如，采用陶瓷材料做滾珠，陶瓷球軸承與鋼制角接觸球軸承相比，在高速回轉(zhuǎn)時，滾珠與滾道間的滾動和滑動摩擦減小，發(fā)熱量降低。 采用合理的潤滑方式。油氣和油霧等潤滑方式對軸承不但具有潤滑作用，還具有一定的冷卻作用。5.2滾珠絲桿螺母副5.2.1 滾珠絲桿螺母副的結(jié)構(gòu)在中小型數(shù)控機床的進給系統(tǒng)中滾珠絲桿螺母副的應(yīng)用較為普遍。滾珠絲桿螺母副的工作愿意與普通的絲桿螺母副基本相同，都是利用螺旋面的

42、升角使螺旋運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，不同的是在普通絲桿螺母副中螺母與絲桿之間為滑動摩擦，而在滾珠絲桿螺母副中，則由于在螺母和絲桿的運動面間填入了滾動體而變成滾動摩擦。因此，滾珠絲桿螺母副的傳動比要比普通絲桿副靈敏，而且效率也更高。滾珠絲桿螺母副按整個循環(huán)過程中滾珠與絲桿表面的接觸情況，可以分為內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)有兩種循環(huán)方式。內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中始終與絲桿表面保持接觸。見圖7：圖7 滾珠絲桿螺母副內(nèi)循環(huán)方式結(jié)構(gòu)圖figure 7 ballscrew nut vice inner circulation mode structure外循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)反向時，離開絲桿螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外做

43、循環(huán)運動，其結(jié)構(gòu)見圖8：圖8 滾珠絲桿螺母副外循環(huán)方式結(jié)構(gòu)圖figure 8 ballscrew nut vice outside cycle way structure5.2.2 滾珠絲桿螺母副的熱變形控制滾珠絲桿螺母副在工作時會發(fā)熱，其溫度高于床身。絲桿的熱膨脹將導(dǎo)致絲桿導(dǎo)程增大，影響定位精度。為了補償熱膨脹，可以將絲桿預(yù)拉伸。預(yù)拉伸量應(yīng)略大于熱膨脹量。發(fā)熱后，熱膨脹量由部分預(yù)拉伸量抵消，使絲桿內(nèi)的拉應(yīng)力下降，而長度則保持基本不變。另外，可以將絲桿制成空心，通入冷卻液強行冷卻，也可以有效的控制絲桿傳動中的熱膨脹。目前，國外的空心強冷滾珠絲桿的進給速度已經(jīng)達到60120m/min，這在一般的

44、滾珠絲桿傳動中0是難于達到的。由于螺母的溫升也會影響絲桿的進給速度和精度，目前國際上出現(xiàn)了螺母冷凝技術(shù)，在螺母內(nèi)部鉆孔，形成冷卻循環(huán)通道，通入恒溫冷卻液，進行循環(huán)冷卻。5.3 進給導(dǎo)軌的改進導(dǎo)軌的質(zhì)量對機床的剛度、加工精度和使用壽命有很大的影響。高精密數(shù)控機床的導(dǎo)軌比普通機床的導(dǎo)軌要求更高，要求其在高速進給時不發(fā)生震動，低速時不發(fā)生爬行，且靈敏度高，耐磨性好，可在長期重載荷的情況下連續(xù)工作，而不影響其精度。這就要求導(dǎo)軌要具有良好的摩擦特性，熱變形小?，F(xiàn)代高精密數(shù)控車床的導(dǎo)軌主要有帶有塑料層的滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。5.3.1 注塑導(dǎo)軌注塑導(dǎo)軌，其注塑層塑料附著力強，具有良好的可加工性，；

45、具有良好的摩擦特性和耐磨性，同時塑料涂層導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)小，可以有效減小熱變形，從而不影響加工精度。注塑導(dǎo)軌的構(gòu)造形式如圖9所示：圖9 注塑導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)圖figure 9 injection guide rail structure5.3.2 滾動導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌的特點是摩擦系數(shù)小，摩擦系數(shù)一般為0.00250.005，動靜摩擦系數(shù)基本相同，啟動阻力小，不易產(chǎn)生沖擊，低速運動穩(wěn)定性好；定位精度高，運動平穩(wěn)，磨損小，精度保持好，；但是抗震性差，防護要求較高；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。其結(jié)構(gòu)如圖10：圖10 滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)figure 10 rolling guide rail structure5.3.3 靜壓

46、導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌的工作原理與靜壓軸承相同。將具有一定壓力的潤滑油，經(jīng)節(jié)流器輸入到導(dǎo)軌面上的油腔，即可形成承載油膜，使導(dǎo)軌面之間處于純液體摩擦狀態(tài)。其優(yōu)點：導(dǎo)軌運動速度的變化對油膜厚度的影響很??；載荷的變化對油膜厚度的影響很小；液體摩檫，摩檫系數(shù)僅為0.005左右，油膜抗振性好。缺點：導(dǎo)軌自身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；需要增加一套供油系統(tǒng)；對潤滑油的清潔程度要求很高。靜壓導(dǎo)軌現(xiàn)在常用于高速精密機床的進給運動和低速運動導(dǎo)軌。靜壓導(dǎo)軌的工作原理圖11： 1.4.濾油器 2.油泵 3.溢流閥 5.節(jié)流器 6.運動部件 7.固定部件 8.油箱圖11 靜壓導(dǎo)軌的工作原理figure 11 static pressure

47、guide principle of work5.4 機床的改進結(jié)構(gòu)布局圖主軸采用高速電主軸結(jié)構(gòu)，軸承采用角接觸球軸承，機床床身采用對稱結(jié)構(gòu)，工作臺采用步進電機帶動滾珠絲桿進行傳動，導(dǎo)軌采用注塑導(dǎo)軌，在軸承工作臺等關(guān)鍵部位設(shè)置傳感器檢測溫度，通過溫度比較電路進行溫度分析，從而對冷卻系統(tǒng)進行調(diào)控，布局形式如圖12：圖12 機床結(jié)構(gòu)布局圖figure 12 machine structure layout diagram6 熱變形影響的誤差檢測與補償高精密數(shù)控機床熱誤差補償技術(shù)主要包括如下四個方面的內(nèi)容：測溫點的選擇；誤差信號的測量；信號處理與建模；誤差的補償控制與執(zhí)行。因此熱變形誤差的檢測主要包

48、括兩個方面的內(nèi)容：一是測量數(shù)控機床上若干測溫關(guān)鍵點的溫升；二是測量主軸x、y、z三個方向上的偏移量，即對機床誤差的測量。6.1 機床型號及參數(shù)機床的選擇：本論文選擇惠州市博賽數(shù)控機床有限公司j1mt360機床的特點：本機床工有四個規(guī)格,其加工性能廣泛,適用工具、機修及批量生產(chǎn)的車間。主要用于各種軸類、套類和盤類零件以及帶有公制、英制、模數(shù)等螺紋零件的精密加工。本機床具有精度高、噪音低、振動小、功率大、剛性強、操作輕便靈活等特點。所以主傳動齒輪都采用優(yōu)質(zhì)鋼材經(jīng)淬火和磨削加工、主軸軸承采用高速、精密滾動軸承采用高速、精密滾動軸承。床身導(dǎo)軌經(jīng)超音淬火和精磨加工，精度高、使用壽命長。機床設(shè)有腳踏帶式剎

49、車裝置，操作方便、可靠。機床主要技術(shù)參數(shù)：床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑：360mm 頂尖距：570/1000mm 滑板上最大工件回轉(zhuǎn)直徑：210mm 馬鞍內(nèi)最大工件回轉(zhuǎn)直徑：500mm 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)：8級 主軸轉(zhuǎn)速范圍：76-2000rpm 主軸內(nèi)孔直徑：40mm 主軸錐度：莫氏5號 進給量種數(shù)：48 小刀架最大移動距離：100mm 車刀刀桿最大尺寸：20*20mm 橫拖板最大移動距離：255mm 尾座套筒外徑：60mm 尾座內(nèi)孔錐度：莫氏4號尾座最大移動量：120mm 主電機功率：4kw 工作精度：圓度：0.002-0.006mm 圓柱度:0.004-0.009/300mm 平面度:0.004-0

50、.01mm/250mm 機床外形尺寸:1700/21808501185mm 機床凈重:1200/1300kg 標(biāo)準(zhǔn)附件:傳動皮帶壹套交換齒輪壹套三爪卡盤及接盤壹套焊接硬質(zhì)合金頂尖壹件，磨削鋼頂尖壹件莫氏變徑套壹件接屑盤壹件隨機工具壹套隨機文件壹套隨機墊鐵6.2 溫度的測量及選擇測溫點溫度測量點的選擇原則： 檢測傳感器應(yīng)盡量靠近熱源。 溫度傳感器的個數(shù)應(yīng)大于或者等于內(nèi)部易發(fā)熱源測量點的數(shù)量。 為了得到準(zhǔn)確的傳感器個數(shù)和安放位置，最開始測量的時候應(yīng)該設(shè)置較多的測量點，以確保關(guān)鍵測量點的位置不會被遺漏。通過對j1mt360機床床身結(jié)構(gòu)的分析，設(shè)置溫度測量點如圖13所示：圖13 測溫點在機床上的布置f

51、igure 13 temperature measuring point in machine decorate通過測量數(shù)據(jù)的進一步分析與比較，選取了比較重要的八個熱電偶傳感器進行分析：表1 熱電偶傳感器的位置和作用table 1 thermocouple sensor position and role熱電偶傳感器t8t1、t3、t4、t6t2、t5t7位置機床立柱前后軸承主軸軸套電動機作用參考溫度主軸發(fā)熱主軸發(fā)熱電機發(fā)熱實驗方案的設(shè)定：為了便于數(shù)據(jù)處理與分析，采用單因素實驗法。設(shè)置初始室溫為25c，機床主軸轉(zhuǎn)速為2000r/min，機床進給速度為v=5500mm/min。油機工作時的油溫與

52、初始室溫相同。先將機床空轉(zhuǎn)5h，進行機床預(yù)熱，達到機床熱平衡在開始進行測量。6.3 熱誤差補償模型的建立在現(xiàn)在的高速精密數(shù)控機床熱變形補償方法中，常用的數(shù)學(xué)模型包括：熱力學(xué)模型、線性回歸模型、有限元模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、多元線性回歸模型和模糊控制模型等，本文以多元線性回歸模型為例來說明整個補償模型的建立與實現(xiàn)過程。6.3.1多元線性回歸多元線性回歸，是指通過對兩個或兩個以上的自變量與一個因變量的相關(guān)分析，建立預(yù)測模型進行預(yù)測的方法。多元線性回歸模型判定系數(shù)的定義與一元線性回歸分析類似。對熱變形測試,這樣就可以得到一組表達多種測量溫度的輸入和一個方向的位移輸出關(guān)系之間的線性關(guān)系,因為熱變形是多方面

53、的,所以每個方向都能獨立獲得一組系數(shù),最終將各個方向一起,可以營造多輸入多輸出模型,得到該數(shù)學(xué)模型的多重線性回歸模型。多元線性回歸的數(shù)學(xué)模型為: (1)采用最小二乘法估計參數(shù) 設(shè) ， 分別是參數(shù) , , , ,的最小二乘估計,則回歸方程為: (2)由最小二乘法知道, , , , 應(yīng)使得全部觀測值 的殘差平方和達到最小, 即=最小值 (3)對于給定的數(shù)據(jù)式( 3 ) , q 是 , , 的非負(fù)二次式, 所以最小值一定存在。根據(jù)微分學(xué)的極值定理, , , 應(yīng)是下列方程的解 (4)回歸方程的變形轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)式: （5） 相應(yīng)的回歸方程為: (6)6.3.2 補償模型的建立機床的發(fā)熱,隨著時間的變化,并通

54、過試驗選定的測溫點測量出溫度數(shù)值的變化,利用數(shù)值計算出溫度傳感器在t1、t2、tn、等的測量值，用五點法測量主軸,軸承關(guān)鍵測量的溫度, 記為1 , 2 , , 5 。由于機床熱變形條件比較復(fù)雜,使用多元線性回歸進行分析,通過多元線性回歸將各個測量點的溫度與熱變形以及它們之間的關(guān)系表示出來: (7)式中、為各測溫點誤差的擬合系數(shù)。根據(jù)實驗所測數(shù)據(jù), 建立y、z 軸熱誤差模型，為了簡化操作過程，此處自動忽略較小變化的x軸。建立的熱誤差模型為：y = 1.07 + 0.11t1 + 2.01t3 (8)z = 4.16 + 10.843 t1 + 1.65t3 (9)這里時間的單位為min, 熱誤差

55、的單位為m。 6.3.3 測量數(shù)據(jù)及分析為了更好的檢測出切削過程中各點對溫度的影響，實驗采用單因素實驗法，在不同的條件下進行切削加工，記錄下實驗數(shù)據(jù)，在經(jīng)過軟件處理得到切削力、切削用量與溫度之間的對應(yīng)數(shù)據(jù)表，從而進一步對其進行分析。1. 車床型號 j1mt3602. 工件參數(shù) 表2 工件參數(shù)table 2 workpiece parameters工件材料工 件熱處理狀 況工件形狀工 件夾持方式工件基本直 徑（mm）工件基本長 度（mm）45正火棒狀卡盤單頂尖42.58003. 刀具參數(shù)：1) 刀具（刀片）材料 yt152) 刀具幾何參數(shù) 刀具幾何參數(shù)見表2表3 單因素切削力實驗刀具幾何參數(shù)table 3 single factor experiment cutting force geometrical parameters（單位：度） 刀具主前角刀具主后角刀具副后角刀具主偏角刀具副偏角刀具刃傾角1588758-44. 冷端標(biāo)準(zhǔn)熱電偶型號 nici-nisi(鎳鉻-鎳硅)5. 自然熱電偶型號、標(biāo)