有限元分析法有效評估由溫度擾動引起的機床失真

1、畢業(yè)設(shè)計外文資料翻譯題目有限元分析法有效評估由溫度擾動引起的機床失真學(xué)院機械工程學(xué)院專業(yè)班級學(xué)生學(xué)號指導(dǎo)教師二一年月日Contents lists available at SciVerse ScienceDirectj o ur nal homep age: 有限元分析法有效評估由溫度擾動引起的機床失真美國弗萊徹 ,A.P. 龍斯達夫 ,a 邁爾斯英國哈德斯菲爾德大學(xué)精密技術(shù)中心摘要機床易受外因影響, 主要來自不同的環(huán)境條件，如日夜或季節(jié)轉(zhuǎn)換期間導(dǎo)致的大的溫度的動的發(fā)生。熱梯度引起熱流動通過機械結(jié)構(gòu)的非線性結(jié)構(gòu)變形判斷是否在機床在操作或在靜態(tài)模式。在機床的長期使用中，這些環(huán)境刺激結(jié)合內(nèi)部生成

2、的熱量共同導(dǎo)致操作誤差。在大多數(shù)工程產(chǎn)業(yè)中，環(huán)境測試通常是被避免的，因為需要機器停機時間和相關(guān)的實證關(guān)系及相應(yīng)的生產(chǎn)成本。摘要提出了一種新穎的離線熱誤差建模方法使用有限元分析(FEA) 顯著減少機器停機時間要求建立熱響應(yīng)。它還描述了校準模型所需使用的高效的在機測量策略。這項技術(shù)是創(chuàng)建一個機器緊隨其后的有限元分析模型的應(yīng)用提出的方法中, 初始熱狀態(tài)的計算機和模擬計算機模型相配。一個額外的好處是 , 該方法確定所需的最小實驗測試時間的機器上, 然后充分了解生產(chǎn)管理的生產(chǎn)成本建立這一重要參數(shù)的準確性。這項工作的最重要貢獻是提出了在一個典型的案例研究; 熱模型校準從兩周減少到幾個小時。驗證工作已經(jīng)進行

3、了超過一年的時間建立全面的季節(jié)性變化，在一年中的不同時間明顯不同的日變化的魯棒性。樣本的數(shù)據(jù)提出了基于有限元分析的方法和相關(guān)技術(shù),表明實驗結(jié)果導(dǎo)致的殘余誤差小于12 微米。關(guān)鍵詞有限元分析精度機床精度環(huán)境溫度的波動環(huán)境溫度熱誤差- 1 -1 介紹數(shù)控機所在的車間環(huán)境對制造精度至關(guān)重要。溫度控制的環(huán)境要求較高的資本投資和運行成本，這是不可取的 , 有時不切實際。 溫度控制的環(huán)境中 , 不斷變化的晝夜循環(huán)轉(zhuǎn)換和無數(shù)其他來源會導(dǎo)致環(huán)境溫度在規(guī)模和變化率上都發(fā)生顯著的變化。 這些時間的波動會引起空間在機床熱梯度 ; 熱流通過結(jié)構(gòu)隨著時間的推移會導(dǎo)致非線性的變形。幾個研究項目已經(jīng)進行識別、 預(yù)測和補償?shù)?/p>

4、總體影響機床溫度分布， 但主要強調(diào)解決內(nèi)部產(chǎn)生熱量的影響 , 尤其在加工過程中從主軸傳來的。 例如，郝 用一種基于遺傳算法的 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ GA-BPN）方法，用 16 溫度計放在主軸上，主軸箱，軸絲杠和對車床動態(tài)和高度非線性的熱誤差補償。 只使用一個環(huán)境溫度傳感器， 可能不足以捕獲機器周圍的詳細環(huán)境行為 。作者報道了熱誤差補償提高 63%。如果進一步減少詳細的外部環(huán)境溫度波動被認為是可能的。同樣 , 楊等人的研究。 4 測試 INDEX-G200 車削中心和使用 MRA技術(shù)來預(yù)測它的熱的準確性。分析結(jié)果表明 , 熱誤差范圍半徑方向機大約是 18 微米，高于預(yù)期。14 熱傳感器被安裝在組和只

5、有一個環(huán)境傳感器使用。而建模， 6 溫度組別變量被構(gòu)造和該模型被認為是對環(huán)境溫度升高的線性函數(shù)。經(jīng)過長達四小時的測試，主軸與道具之間的預(yù)測誤差熱大約是5 微米到 18 微米。建模時間沒有提到。 曾和陳在 5 中提到的熱誤差預(yù)測模型來自神經(jīng)模糊理論。集成電路型溫度傳感器和一 英國 雷尼肖的一個 4 探測系統(tǒng)被分別用來 測量 度變化和熱變形。傳感器被安裝到主軸電機， 主軸套筒側(cè)與一個傳感器測量環(huán)境的變化。 預(yù)測模型提高了機械加工的精度，從 80 微米到 3 微米。預(yù)測模型，進一步與 MRA相比，揭示了精度的從 10 微米到 3 微米的提高。 然而，模型的訓(xùn)練時間和停機時間是研究的主要問題和責任。

6、回歸的技術(shù)稱為正交回歸技術(shù)是受雇于杜等人。 這個技術(shù)被應(yīng)用到相同類型和規(guī)格的 100 多個車削中心。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)能夠降低切削直徑熱誤差從 35 微米到 12 微米。該技術(shù)被表述為穩(wěn)定的，因為它常年重復(fù)提高了精度。 如果長期被認為是車間環(huán)境溫度的波動，精度預(yù)計將增加。許多研究人員注意各種來源對機床環(huán)境的熱漂移出現(xiàn)， 而他們強調(diào)的詳細環(huán)境測試所需的停機時間， 以及分析建模方法和建模的時間。 在金剛石車削機床， 進行切削試驗 24 小時，雷克夫和博德特注意到環(huán)境溫度變化的誤差的重要性和影響（環(huán)境溫度變化誤差）。弗萊徹等人 8 ，通過 65 小時的測試，提供了有關(guān)環(huán)保的循環(huán)波動和漂移與誤差減少了

7、 50的信息，但提醒注意由量熱測試中有害的停機時間。 龍斯達夫等人 2 顯示由環(huán)境波動加上長期加工產(chǎn)生的熱誤差測量進行多次測試。作者還強調(diào)了一些意想不到的， 對機床精度的影響環(huán)境的快速波動。 他們還強調(diào)了與測量相關(guān)的停機時間問題。 吉德瑞等人，論述了提高機床設(shè)計時減少焦點熱誤差的復(fù)雜性。 機器的高度精確的熱模型需要考慮各種參數(shù)的熱行為。 例如，設(shè)計標準為 2.5 天的環(huán)境變- 2 -化的影響，由于保護和軸承套高速主軸的熱效應(yīng)出現(xiàn)。 石英直邊被安裝在機器中間支撐梁為藍本的環(huán)境效應(yīng)。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，固定在左側(cè)直邊產(chǎn)生的誤差是在其他三個地點進行測試誤差中最低。以有限元分析等建模時間不明確、操作條件不明確

8、的相關(guān)信息。由把曼和納普 10 ，同時顯示了如何增加測量點的數(shù)量（ 4 至 60）所示的有關(guān)熱漂移的影響的擔憂可能會導(dǎo)致減少不確定性和更高的精度旋轉(zhuǎn) C軸確定的位置誤差。作者報道 , 進一步提高測量的點只會導(dǎo)致有限的改進 , 因為它可能會導(dǎo)致額外的時間測量 , 增加了不確定性的環(huán)境或環(huán)境溫度變化引起的熱效應(yīng) , 直到測量完成。這是一個激烈的從偉大的強調(diào)給定的控制到內(nèi)部加熱熱效應(yīng)的討論。其結(jié)果是大多數(shù)現(xiàn)有的商業(yè)誤差補償系統(tǒng)處理軸生長和主軸發(fā)熱，而忽略了其對結(jié)構(gòu)的其余部分環(huán)境影響。這是很明顯的， 大量的停機時間是由于每天或每周的環(huán)境測試占據(jù)主導(dǎo)地位。龍斯達夫等人， 2 報道對于經(jīng)歷一個周末關(guān)機的機

9、器一個顯著的問題。在大多數(shù)情況下的環(huán)境測試， 以建立溫度與反應(yīng)之間的關(guān)系，避免因成本與生產(chǎn)機器的停機時間有關(guān)。然而，這種遺漏可能爭取機床的最佳的精度時是至關(guān)重要的。問題是，因為條件在此期間， 測試數(shù)據(jù)可以被收購是非常有限相比，真正的變化在設(shè)備操作和自然季節(jié)的范圍加劇。本文提出了一種新的脫機環(huán)境熱誤差建模方法， 基于有限元分析， 大大降低了有效的熱特性所需的停機時間。 在生產(chǎn)機床在一年多時間， 該建模方法已成功測試和驗證，發(fā)現(xiàn)非常穩(wěn)定 ( 本文的樣本數(shù)據(jù)提出了兩個賽季期間測量 ) 。驗證證實了該方法的潛力，以減少機器的停機時間通常需要幾個小時到一兩周的環(huán)境測試。 該文件還強調(diào)了在一臺機床的季節(jié)性

10、環(huán)境溫度變化和垂直溫度梯度內(nèi)的車間環(huán)境中存在的影響。 本文還介紹了在任何方便的維護期間， 有效地放置溫度傳感器機測量的方法來獲得所需的數(shù)據(jù)。2 提出方法一般情況下，環(huán)境溫度的變化并不像快速那些從內(nèi)部產(chǎn)生的來源，如主軸。此外，可以有幾種不同的結(jié)構(gòu)響應(yīng)需要不同的計量設(shè)備來測量 , 不能同時使用。因此，環(huán)境試驗通常需要來自兩個天至數(shù)周， 以獲得足夠的數(shù)據(jù)來建立不同的溫度分布和本機的響應(yīng)之間的各種關(guān)系。 為了克服機器的停機問題， 基于兩個階段的有限元分析的新的建模方法，提出了在計算機輔助繪圖（CAD）是在有限元軟件創(chuàng)建的機器模型（本文采用 ABAQUS 6.7-1/standard ） 11 。在本研

11、究中。2.1有限元建模在實際中，機械工具很少存在熱平衡。因此，建立用于FEA模擬的初始條件環(huán)境- 3 -變化呈現(xiàn)出顯著問題， 因為它的有限元分析和比較實驗結(jié)果。 為了代表機器結(jié)構(gòu)的實際初始熱狀態(tài)，進行實際溫度梯度測量，并應(yīng)用到該模型，是個具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。實驗中，每個溫度傳感器在機器內(nèi)部結(jié)構(gòu)環(huán)位置的應(yīng)用程序是費力， 而且容易定位在敏感地區(qū)的不確定性。 而相比之下，熱誤差從運行的機器所在的熱源是很容易以確定應(yīng)用程序中的傳感器，環(huán)境的變化會影響整體結(jié)構(gòu)。然而，即使這樣的實現(xiàn)，造型機中的有限元分析軟件的初始熱狀態(tài)仍然具有挑戰(zhàn)性。圖。 1。機器組件的與Z 軸頭產(chǎn)生的CAD 模型向上移動相比，1 在本質(zhì)

12、上呈現(xiàn)對應(yīng)于新的測試條件較新的模型。分段建模的部分軟件和應(yīng)用單獨的溫度可能代表了最初的熱狀態(tài)， 可能會導(dǎo)致不正確的溫度梯度由于段接頭， 但它是一個艱巨的任務(wù)。 這個問題是通過將所提出的方法，用于確定機器模型的初始熱狀態(tài)， 還提供了所需的一臺機器 （第 2.3 節(jié)）上的環(huán)境試驗的最小時間的估計解決。2.1.1機器型號需要機器的模型。對于案例學(xué)習(xí)機，由文獻1 對于內(nèi)部產(chǎn)生的熱量所描述的模型來估算長期的環(huán)境響應(yīng)。本機是一種精密3 軸立式加工中心（ VMC）與精度可達 3 微米，通過制造一臺 NAS-979組件 12 進行測試。機器的簡化模型被用來進行環(huán)境的脫機模擬 其詳情在機器的行為，示于圖1。-

13、4 -該模型進行網(wǎng)格劃分使用四面體，六面體和六面體為主 （六面體 / 楔形）在適用的使用 ABAQUS默認的網(wǎng)格技術(shù)，揭示了 49919 個單元和 20418 節(jié)點的總元素。圖 2 顯示了嚙合，機器裝配。所有的模擬進行瞬態(tài)熱模擬， 從溫度傳感器的數(shù)據(jù)用表格幅技術(shù)在軟件。2.2 機器的初始熱狀態(tài)估計通常，之前的任何試驗開始時， 機器元件表現(xiàn)出溫度的變化， 由于時間和空間的熱梯度的存在。特別是，垂直溫度梯度已被發(fā)現(xiàn)是顯著 2,13. 因此 , 它是不可能實現(xiàn)的精確設(shè)置組件的初始溫度有限元分析軟件符合現(xiàn)實。 兩級仿真的新技術(shù)在有限元分析設(shè)計和應(yīng)用來解決這個問題。 第一階段模擬實際上會估計所需的時間跨

14、度機有限元分析模型“吸收”的全球應(yīng)用溫度溫度變化代表最大的變化可能發(fā)生在機器結(jié)構(gòu) . 。這個時間稱為“沉淀時間”和代表的溫升時間穩(wěn)定狀態(tài)機模型當“吸收”應(yīng)用的溫度。穩(wěn)定時間也代表了這是第 2.3 節(jié)所述所需的上機測試的最小時間。 這是緊隨其后的是第二階段的正常環(huán)境模擬 , 可用于誤差模型 , 并與實驗進行驗證。建立了模擬，一個標準的車間溫度 20?C 作為一個統(tǒng)一的參數(shù)對機器的完整的模型在 ABAQUS軟件一個預(yù)定義的字段。由于本文的重點是企圖證明的方法，并在有限元分析過程中保持相對簡單，整個模型應(yīng)用于具有的對流傳熱系數(shù) 6 W 米-2?C-11 這是實驗計算出的各個傳熱系數(shù)的平均值 1。人們

15、承認， 表面特定系數(shù)的更詳細的應(yīng)用可以提高仿真精度（參見 4.2 節(jié)）。估計時間，模型進行了仿真直到它達到一個溫度變化反映了全球之間的變異假設(shè) 20?C 和應(yīng)用的溫度。 仿真進行了 1?C 的溫度變化來估計溫度上升時間。圖。 2 。機器的網(wǎng)狀模型。- 5 -N.S. 勉等人。/精密工程37 （2013 ） 372 - 379圖。 3。 12.5 ? 穩(wěn)定時間終被外界關(guān)注這款機器的有限元模型。在模擬結(jié)束整個機器型號的溫度是均勻的， 這確保了隨機節(jié)點的選擇來繪制的穩(wěn)定時間。模擬的結(jié)果顯示，該機器模型從 20? 下在 12.5 ? 其初始溫度達到 1? C 的溫度變化為 99.99 ，如圖所示 3。

16、這表明，沉降時間因為機器的初始熱狀態(tài)是未知的在模擬的開始，本機的有限元模型需要沉淀的時間來吸收應(yīng)用記錄環(huán)境溫度數(shù)據(jù)結(jié)束時的溫度分布應(yīng)與實機的熱狀態(tài)同步。2.3模型校準模型校準序列與沉降時間的確定。 沉淀時間顯示所需的最小環(huán)境試驗時間這機床都是一個重要的參數(shù) ; 生產(chǎn)管理估算成本對生產(chǎn)和準確性 ，尤其是當實現(xiàn)進行環(huán)境模擬前機器有限元模型的初始熱態(tài)有限元分析的結(jié)果。 因此環(huán)境測試機器上進行必須確保穩(wěn)定時間。該測試隨后必須繼續(xù)經(jīng)過一段長時間諸如兩天或三天來建立本機的熱行為和第二階段在模擬過程中在車間內(nèi)發(fā)生的環(huán)境波動之間的關(guān)系。 為了連續(xù)記錄在機器生產(chǎn)，記錄數(shù)據(jù)的環(huán)境傳感器必須位于左側(cè)。 由于建立時間

17、的確定， 因此幾乎沒有停機的時間是在模型校準和這種建模方法的應(yīng)用程序所需的脫機處理。 溫度傳感器可以位于機器在任何方便的維修計劃位置。- 6 -3 方法的驗證案例研究機器，在 2.1.1中描述，建模和描述的校準。標準環(huán)境溫度變化誤差（ETVE）14 試驗，對 3 軸立式加工中心歷時整整一年， 不僅驗證，但確認擬議的方法的魯棒性進行的，但是從兩個季節(jié)（夏季數(shù)據(jù)的樣本和冬季）呈列。被選擇三天（連續(xù)）測試期間，以確保在設(shè)定時間（ 12.5 小時）的數(shù)據(jù)記錄，以及過程上的標稱靜態(tài)機床正常 24 小時期間以突出的熱性能。這意味著機器的驅(qū)動器處于非活動狀態(tài)，以避免來自位置編碼器反饋校正 ; 在本質(zhì)上取得的

18、機器結(jié)構(gòu)的實際變形。在該驗證階段沒有以任何方式修改本機的機型。3.1 溫度和位移傳感器的位置該機器已經(jīng)配備了 65 表面溫度傳感器獨特的帶 15 ，用于測量所造成的內(nèi)部熱源詳細的熱梯度。另外七面?zhèn)鞲衅鞣胖迷诹衼砀欉@個高的環(huán)境溫度梯度分布結(jié)構(gòu)和一個表面?zhèn)鞲衅鞴潭ㄔ诘鬃?。三個環(huán)境傳感器被放置在機器內(nèi)部 , 在機器的列和相鄰基礎(chǔ)測量環(huán)境溫度變化。五個非接觸式位移傳感器（ NCDTs）置于圍繞一個心軸試驗監(jiān)測試驗心軸的 X，Y 的位移和傾斜軸和 Z 軸方向。 400 毫米厚殷鋼被用于支持NCDTs。殷鋼是合金鋼 , 熱膨脹系數(shù)很低 (1.2 m- 1 K- 1) 從而降低環(huán)境溫度變化的影響。傳感器

19、位置如圖 4 所示。參照相應(yīng)的傳感器， 內(nèi)部環(huán)境傳感器是位移由 1 米左右垂直 0.5 米水平，而柱式傳感器約為 1.2 米垂直 2 米水平距離。- 7 -圖 4。溫度和位移的測量位置。圖。 5。 3 天期間（夏季測試）得到的溫度曲線。3.2夏季測試從上主軸首領(lǐng)和環(huán)境傳感器， 用于 3 天的期間內(nèi)面?zhèn)鞲衅鳙@取的溫度信息被顯示在圖 5。在開始測試、垂直溫度梯度的存在的機器 1? C 測量基礎(chǔ)環(huán)境傳感器和列之間的環(huán)境傳感器 , 產(chǎn)生上述復(fù)雜的初始狀態(tài)。它也可能是感興趣的，該柱環(huán)境傳感器和- 8 -基底周圍的傳感器之間的垂直溫度差波動約為 2.5 ? C 范圍內(nèi)，在試驗范圍是從各種來源產(chǎn)生的車間的環(huán)

20、境溫度范圍內(nèi)的溫度不穩(wěn)定的進一步證據(jù)， 如作為日夜轉(zhuǎn)換。 打開和關(guān)閉車間大門時，溫度的波動也會發(fā)生。圖 6 示出了室內(nèi)空氣的溫度和在 Y 軸和 Z 軸的心軸的位移測量。 Y 軸位移跟著溫度變化相當密切，而 Z 軸位移滯后多達 3.6 小時有些地方的溫度。 Y 軸上的分析結(jié)果 ( 使用 NCDTs頂部和底部 ) 顯示 30 m / m的傾斜禮物可能會造成非均勻復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的扭曲導(dǎo)致了快速反應(yīng)溫度變化 ; 。而反應(yīng)遲緩的 z 軸可能是來自純擴張。整體位移范圍大約是 Y 的 12 米。大約 4?C，28 米的 z 軸的整體溫度擺動超過 3 天，x 軸結(jié)果可以忽略不計 , 因為機器在這個方向的對稱。該

21、測試將驗證環(huán)境的波動引起的熱變形的機械結(jié)構(gòu)， 并證明了在一臺機床的精度劣化的假說。還發(fā)現(xiàn)了 , 在車間垂直溫度梯度隨高度增大而升高的關(guān)鍵。圖。 6。Y 和 Z 軸的位移和測量的環(huán)境溫度機器內(nèi)部（夏季測試）- 9 -7 。溫度梯度在整個結(jié)構(gòu)中的第一階段之后（12.5 小時）即圖。 7 。溫度梯度在整個結(jié)構(gòu)中的第一階段之后（ 12.5 小時）即代表實際的初始熱狀態(tài)（夏季測試） - （ NT11 - 節(jié)點溫度）。3.3驗證穩(wěn)定時間的方法這臺機器模型的沉降時間確定為 12.5 h 因此數(shù)據(jù)覆蓋這個時間跨度選擇從第一階段中使用的測量環(huán)境數(shù)據(jù)和模擬。 如前所述，溫度數(shù)據(jù)作為仿真階段使用表格幅技術(shù)軟件中的一

22、個短暫的功能。 從基部傳感器的溫度數(shù)據(jù)被施加到基， 從里面的環(huán)境傳感器的信息被施加到載體 / 主軸 / 刀具和被施加到柱從柱環(huán)境傳感器所獲得的表和溫度信息。從第一級仿真結(jié)果必須不僅提供了正確的溫度分布也是正確的熱存儲器，以匹配實際機器的起動條件。必須指出只使用環(huán)境數(shù)據(jù)進行模擬, 可以捕獲沒有機器停機時間 , 表面只傳感器是用來比較和相關(guān)模擬結(jié)果。圖7 示出了模擬的溫度梯度在整個結(jié)構(gòu)中的沉降后時間應(yīng)該代表了12.5 ? 范圍后的實際表面溫度梯度已失效。預(yù)測的-10-初始熱態(tài)顯露是在哪里在傳感器表面放置和表1 所示點測量 0.2 ? C 范圍內(nèi)。建立時間仿真后，一個正常的環(huán)境模擬，然后在使用所記錄

23、的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)的剩余部分的第二階段運行。所測量的和模擬的更新結(jié)果繪制為主要第二階段 模擬，得到的模擬誤差表和工具（測試心軸）之間的位移的差異。相比，測得的結(jié)果，該相關(guān)系數(shù)分別為 60，而 Y 位移剖面（圖 8）和 Z 軸位移曲線（圖 9）的 63。殘余誤差不到 5 微米的 Y 軸和 Z 軸少于 11 微米。包括沉淀時間 , 單獨模擬溫度和位移分別花了大約 30 和 40 分鐘 (70 分鐘 ) 。所使用的電腦有典型的 PC規(guī)格： AMD羿龍 9950 四核 2.60 GHz 處理器， 4 GB內(nèi)存， NVIDIA 的 GeForce9400 GT顯卡和 Windows XP32位操作系統(tǒng)的大約

24、 3?C范圍內(nèi)對測試范圍的闡述， 即使是垂直溫差變化范圍內(nèi)類似的垂直距離在不同的季節(jié)。峰值是懷疑是短時間內(nèi)的開放車間門送貨導(dǎo)致車間環(huán)境溫度降低。N.S. 勉等人。 / 精密工程 37（2013）372 379圖。 8。實測和模擬Y軸位移之間的相關(guān)性穩(wěn)定時間刪除。-11-圖 9 。測量和模擬的Z 軸位移之間的關(guān)系建立時間刪除。圖。 11。Y 和 Z 軸的位移和測量的環(huán)境溫度機器內(nèi)部。圖 11 示出內(nèi)的空氣溫度和機器的變形， 在 Y 軸和 Z 軸方向測得。兩個軸的運動遵循的溫度變化而 Z 軸位移，但隨后與大約 5 小時的滯后這個時候。 Y 軸的整體運-12-動是 18 米和 35 m Z 軸的整體

25、溫度約 5?C的搖擺 3 天 . 這一增長預(yù)期 , 因為一天和夜晚加熱轉(zhuǎn)換被夸大。圖。 12 。溫度梯度在整個結(jié)構(gòu)中的第一階段之后（ 12.5 小時）即 代表實際的初始熱狀態(tài)（冬季測試）。12.5 H （冬季測試）后，表2 的比較測量和模擬表面溫度。結(jié)構(gòu)測量溫度模擬溫度主軸版面21.721.7圓柱面2120.9承載頭表面21.621.9基面21.921.9-13-表 3 總結(jié)結(jié)果Y 漂移（微米）Y模型誤差（微米）Y的改進（）Z漂移 （微米）Z模型誤差（微米）Z 的改進（）夏天124.660281063冬天186.3633511.767圖。 13。實測和模擬 Y 軸位移之間的相關(guān)性穩(wěn)定時間刪除。

26、4.1 有限元模擬（離線評估-冬季測試）一個類似的過程，使用模擬模型。在第一階段中，記錄的數(shù)據(jù)為12.5 h 的用于建立時間和以前一樣，隨后在第二階段中的環(huán)境模擬。圖12 顯示了穩(wěn)定時間它代表了-14-真正的表面溫度梯度的 12.5 ? 跨度已失效后后模擬溫度梯度結(jié)構(gòu)。 預(yù)測的初始熱態(tài)顯露是在哪里在傳感器表面被放置在表 2 所示點測量 0.2 ? C 的范圍內(nèi)。4.1.1冬季測試的相關(guān)性模擬結(jié)果與實測斷面的關(guān)聯(lián) 63%Y 移動配置文件 ( 圖 13) 和 67%的 Z 運動概要文件(圖 14)。殘余誤差小于 7 米 Y和 Z少于 12米。冬季測試不僅驗證了建模方法的能力，但也證實了它的堅固性。

27、 CAD模型，獲得穩(wěn)定時間和有限元仿真環(huán)境的發(fā)展是離線進行。 溫度傳感器可以安裝在任何方便的維護計劃和環(huán)境溫度數(shù)據(jù)可被記錄在機器中的生產(chǎn)， 因此是非侵入性的， 以生產(chǎn)和成本涉及有效作為一般沒有機器的停機時間。它也強調(diào)，穩(wěn)定時間 12.5 H 可代表所需要的，可以同時該機在生產(chǎn)中記錄的溫度數(shù)據(jù)采集的最短時間。圖。 14 。實測和模擬 Z 軸位移之間的相關(guān)性穩(wěn)定時間刪除。4.2業(yè)績概要這里介紹的， 一個有限元分析得到的電機熱模型的建立是在夏天使用一個12.5小時的沉降時間的方法。 表 3 總結(jié)了結(jié)果?？梢杂^察到，相對于良好的溫度相關(guān)性 （ 90），本機的預(yù)測定位與測得的運動匹配的 60-67 范圍

28、內(nèi)。這被懷疑是由于在這種情況下，研究中所用的有限元分析模型中的平均傳熱系數(shù)的值。 可以預(yù)料的是， 定位結(jié)果可以關(guān)聯(lián)時更好的 FEA模型 施加與該變化周圍包圍的空隙產(chǎn)生的氣穴，將各不相同的溫度獨立于散裝環(huán)境溫度的表面的特定熱傳遞系數(shù) 1 。-15-5 結(jié)論環(huán)境熱測試通常是避免行業(yè)由于成本和不便與機器停機時間。 本文提出了一種基于有限元分析了一種新的離線環(huán)境的熱誤差建模方法， 隨著機器的停機時間問題， 成功地處理采用兩階段模擬方法， 短在線檢測周期和非破壞性離線溫度監(jiān)控。 該方法的步驟是先創(chuàng)建機器的 CAD模型，確定該計算機模型的建立時間和在第一階段， 接著，在第二階段的環(huán)境模擬建立初始條件。建立

29、時間可確保最短的時間都花在了數(shù)據(jù)采集。溫度傳感器可以在機器上， 在任何方便的預(yù)定機維修安裝和模擬可以一兩個小時內(nèi)完成，所以這是非常有效的。 該方法被成功驗證了 3 軸立式銑床在一年內(nèi)； 在兩個季節(jié)從兩個環(huán)境溫度變化誤差測試數(shù)據(jù)樣本 （夏季和冬季） 提出的波動的車間環(huán)境和對機床精度的影響的臨界性質(zhì)也被高亮顯示。 結(jié)果顯示良好的實驗和有限元模擬結(jié)果之間的相關(guān)性一般在 60%至 70%之間。該建模方法已顯著減少所需的典型環(huán)境試驗機器的停機時間從兩周到幾個小時。 幾乎沒有停機的時間， 與本建模方法的應(yīng)用， 除了短相關(guān)驗證（如果需要）?？梢灶A(yù)測的投機性條件的影響來獲得更多的有用信息。致謝作者非常感謝該中心的高級計量的英國工程和物理科學(xué)研究委員會（ EPSRC）在其創(chuàng)新的制造方案提供資金。參考文獻1 面 NS,弗萊徹 , 龍斯達夫美聯(lián)社 , 邁爾斯 a 有效在機床熱誤差預(yù)測使用有限元分析。測量科學(xué)與技術(shù) 2011;22(8):085107 。2 龍斯達夫美聯(lián)社 , 弗萊徹年代 , 福特 DG。熱測試的實際經(jīng)驗 , 參照 ISO 230 第 3 部分。: 福特 DG,編輯器。激光計量和機器性能 VI 。南安普頓 : 智慧出版社 ,2003 年。p . 473-83 。 3 郝 W，洪濤 Z，錢監(jiān) G，秀山 W，建國華熱誤差優(yōu)化建模和數(shù)控車削中心實時補償