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本文摘要：

本文通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)對于數(shù)控機(jī)床的熱特性研究，目前研究者大多采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO230-3:2020采用工作臺上某固定點測量其主軸熱變形特性作為測試指標(biāo)。并以此數(shù)據(jù)為參考，建立預(yù)測模型進(jìn)行補(bǔ)償用于提升機(jī)床的加工精度。然而，機(jī)床在實際加工過程中有的被加工件體積較大，在工作臺上占有一定的空間位置而不是固定在工作臺上某一點位置。并且數(shù)控機(jī)床進(jìn)行運動時，因其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)差異性會導(dǎo)致其工作臺的不同區(qū)域產(chǎn)生不同的熱特性。僅僅以固定單點測量作為機(jī)床熱特性建模數(shù)據(jù)來源作為建模依據(jù)，模型缺乏足夠的穩(wěn)健性，不能保證數(shù)控機(jī)床具有熱誤差穩(wěn)健性效果。

因此本文以五軸加工中心和五軸鉆攻中心為研究對象，針對其結(jié)構(gòu)特點，確定了溫度傳感器的安放數(shù)量以及安放位置。通過自主設(shè)計的全工作區(qū)域測量方案以及設(shè)備，獲取機(jī)床全工作臺的不同位置的熱變形數(shù)據(jù)。根據(jù)模擬數(shù)控機(jī)床的實際加工過程設(shè)計了試驗方案，然后進(jìn)行了主軸空轉(zhuǎn)情況下的包含直線軸與旋轉(zhuǎn)軸運動的數(shù)控機(jī)床全工作熱變形量測量實驗。采用了模糊聚類算法和灰色關(guān)聯(lián)度算法選取了2個溫度敏感點作為建模自變量。利用多元線性回歸算法建立了各位置固定單點模型，隨之提出了以多元最小二乘曲面擬合算法建立五軸數(shù)控機(jī)床的全工作區(qū)域模型，提升了數(shù)控機(jī)床全工作區(qū)域熱誤差建模的穩(wěn)健性。論文的具體研究工作和總結(jié)如下：

1）針對數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點以及目前熱特性測試方案的局限性，提出了采用以基于在線檢測系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)矩形柱的組合方式用于獲取機(jī)床全工作臺的不同位置的熱變形數(shù)據(jù)的方案，以及溫度傳感器的安放數(shù)量以及安放位置。并模擬機(jī)床實際加工運行軌跡設(shè)計了實驗方案，利用開發(fā)的熱特性采集系統(tǒng)進(jìn)行了多批次的熱誤差實驗。

2）將獲取得到了數(shù)控機(jī)床全工作臺熱誤差變形量進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，分析發(fā)現(xiàn)工作臺不同位置測點隨著溫度升高的過程中熱變形量存在差異，最大相差7m?左右。因此得出結(jié)論僅僅以固定單點測量作為機(jī)床熱特性建模數(shù)據(jù)來源是不具備數(shù)控機(jī)床熱誤差穩(wěn)健性效果的。

3）介紹了溫度敏感段組合選取方法，首先利用模糊聚類算法對多個溫度傳感器所測溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行了分類，以減小共線性過大對最終建模精度預(yù)測效果的影響；然后采用灰色關(guān)聯(lián)度算法，選取與熱變形量關(guān)聯(lián)度最大的溫度測點數(shù)據(jù)，以保證足夠的建模信息量用于提升模型的精度。最終得到的溫度測點即為溫度敏感點。

4）詳細(xì)介紹了固定單點模型和全工作區(qū)域模型的建模步驟，通過采用多元線性回歸算法建立工作臺上各測點的固定單點模型，進(jìn)而根據(jù)多元曲面擬合算法建立全工作區(qū)域模型。

5）介紹了兩種對各固定單點模型的熱誤差預(yù)測效果與全工作區(qū)域模型的熱誤差預(yù)測效果進(jìn)行對比的方法。(1)通過熱誤差建模預(yù)測精度對比常用方法：根據(jù)模型預(yù)測的殘余標(biāo)準(zhǔn)差的大小來進(jìn)行說明殘余標(biāo)準(zhǔn)差越小精度越高。(2)從產(chǎn)品實際加工合格概率角度出發(fā)，采用了通過正態(tài)分布3?區(qū)間范圍的方式對模型的預(yù)測精度進(jìn)行比較。

通過上述兩種方法的對比得知，在固定單點模型之間，由于C5單點分布在工作臺的中央，它所處的相對位置是機(jī)床X,Y軸向中心線的對稱部位，與從X,Y軸向產(chǎn)生的熱變形相抵，它的熱變形變化受到工作臺的影響不大，熱變形相對穩(wěn)定，因此其熱變形預(yù)測誤差最小；固定單點模型與全工作區(qū)域模型之間，由于全工作區(qū)域模型考慮到了全工作臺不同位置的熱變形不同這一因素，將位置坐標(biāo)信息作為自變量參與建模，保證了建模信息的完整，因此以全工作區(qū)域建模相比固定單點建模提升了建模的穩(wěn)健性。

本文針對五軸加工中心進(jìn)行全工作區(qū)域熱特性進(jìn)行了測量，并且建立了全工作區(qū)域模型。雖然做了相應(yīng)的工作，但考慮到本人的科研實力以及科研時間，某些方面仍存在不足：

1）本文全文均以多元線性回歸算法作為建模算法，實質(zhì)選擇優(yōu)良的算法可以大幅提升機(jī)床熱特性。因文章篇幅所限和文章重點論述內(nèi)容要求，故沒有選用其他算法進(jìn)行建模效果對比。

2）由于實驗條件與實驗時間的限制，本文只針對性的研究了數(shù)控機(jī)床的全工作區(qū)域模型的精度預(yù)測效果，沒有更進(jìn)一步的完成全工作區(qū)域補(bǔ)償實驗。

3）本文結(jié)論只針對此五軸加工中心空轉(zhuǎn)熱特性，而對不同類型的數(shù)控加工中心以及實切特性并未給予研究，故實驗結(jié)果具有一定的局限性，在后期工作可以擴(kuò)展到其他類型機(jī)床給予持續(xù)的深入研究。

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本文摘要：

標(biāo)簽：五軸加工中心五軸鉆攻中心

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