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数控机床直线进给轴温度测点优化研究

崔展华 杨赫然 孙兴伟 赵泓荀 穆士博 张维锋

崔展华, 杨赫然, 孙兴伟, 赵泓荀, 穆士博, 张维锋. 数控机床直线进给轴温度测点优化研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (2): 147-151. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.022
引用本文: 崔展华, 杨赫然, 孙兴伟, 赵泓荀, 穆士博, 张维锋. 数控机床直线进给轴温度测点优化研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (2): 147-151. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.022
CUI Zhanhua, YANG Heran, SUN Xingwei, ZHAO Hongxun, MU Shibo, ZHANG Weifeng. Research on optimization of temperature measurement points for linear feed axis of CNC machine tools[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (2): 147-151. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.022
Citation: CUI Zhanhua, YANG Heran, SUN Xingwei, ZHAO Hongxun, MU Shibo, ZHANG Weifeng. Research on optimization of temperature measurement points for linear feed axis of CNC machine tools[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (2): 147-151. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.022

数控机床直线进给轴温度测点优化研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.022
基金项目: 2022年度辽宁省教育厅高等学校基本科研项目面上项目(LJKMZ20220459);辽宁省应用基础研究计划项目(2022JH2/101300214)
详细信息
    作者简介:

    崔展华,男,1999年生,硕士研究生,研究方向为数控机床热力耦合特性。E-mail:1950010032@qq.com

    通讯作者:

    杨赫然,男,1983年生,博士,副教授,硕士研究生导师,研究方向为复杂曲面精密加工。E-mail:yangheran@sut.edu.cn

  • 中图分类号: TG659

Research on optimization of temperature measurement points for linear feed axis of CNC machine tools

  • 摘要: 为分析数控机床直线进给系统的温度场,需要布置一定数量的温度测点来进行温度数据的采集。然而,测点的位置和数目都会对研究结果产生直接影响。为实现准确布置温度测点,文章提出一种基于统计学理论进行改进的Canopy-FCM-GRA温度测点优化模型。以某数控机床X向直线进给轴为例,首先根据测得的实验数据确定预聚类数,然后通过模糊矩阵和灰色关联度系数筛选出相应的温度敏感点,最后基于SVR理论分别建立温度测点优化前和优化后的温度-热误差预测模型,通过比较两个模型精度来验证温度测点优化的有效性。结果表明,温度测点优化效果良好,通过优化后的测温点可准确探究进给系统的热特性。

     

  • 图  1  贴片式温度传感器布局

    图  2  温度采集设备

    图  3  激光干涉仪的安装

    图  4  热误差测点分布示意简图

    图  5  6 m/min时各温度测点数据图

    图  6  X轴丝杠测点热误差数据图

    图  7  预测模型精度效果图

    表  1  温度传感器布置说明

    温度传感器编号 布置位置
    T1、T10 远端导轨、电机端导轨
    T2、T3 丝杠尾座、螺母座
    T5、T9 电机端丝杠前/后
    T6 电机外壳
    T4、T7、T8 环境、工作台、床身
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    表  2  改进Canopy运行结果

    划分类数 该类数出现的次数
    1 0
    2 0
    3 0
    4 31
    5 19
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    表  3  各温度测点FCM聚类结果

    类别 温度测点
    第1类 T9、T10
    第2类 T3、T5
    第3类 T1、T2、T4、T7、T8
    第4类 T6
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    表  4  各温度测点的灰色关联度系数

    温度测点 灰色关联度系数 温度测点 灰色关联度系数
    T1 0.690 2 T6 0.749 6
    T2 0.694 4 T7 0.693 0
    T3 0.713 9 T8 0.690 9
    T4 0.690 1 T9 0.704 7
    T5 0.712 6 T10 0.701 4
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    表  5  模型Ⅰ、Ⅱ的评价系数值

    系数类型 模型I结果 模型II结果
    MAE 0.375 9 0.426
    MSE 0.297 4 0.306 6
    RMSE 0.545 3 0.553 7
    r2 0.975 3 0.976
    下载: 导出CSV
  • [1] 黄智,刘永超,廖荣杰,等. 基于SSO算法优化神经网络的数控机床热误差建模[J]. 东北大学学报:自然科学版,2021,42(11):1569-1578.
    [2] 李媛,曲航,戴野,等. 电主轴热误差补偿技术的研究进展[J]. 航空制造技术,2022,65(11):87-97,103.
    [3] 李帅,罗韬. 大型机床滚珠丝杠副温升与降温研究[J]. 机床与液压,2021,49(18):62-66. doi: 10.3969/j.issn.1001-3881.2021.18.012
    [4] 袁江,陶涛,许凯,等. 机床丝杠进给系统热误差测点优化及实验[J]. 机械设计与制造,2021(3):258-260,265. doi: 10.3969/j.issn.1001-3997.2021.03.058
    [5] 邓小雷,陈昱珅,方诚至,等. 基于加权融合矩阵系统聚类的多机床温度测点选择方法[J]. 浙江大学学报:工学版,2023,57(6):1147-1156.
    [6] 黄智,刘永超,邓涛,等. 一种五轴数控机床热误差建模方法[J]. 中国机械工程,2020,31(13):1529-1538.
    [7] 沈振辉,杨拴强. 基于模糊聚类及相关性分析的温度测点布置优化方法研究[J]. 现代制造工程,2018(11):112-118. doi: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2018.11.020
    [8] 赵家黎,吴丽媛,黄利康,等. 基于改进的FCM聚类算法对温度测点的优化和建模[J]. 组合机床与自动化加工技术,2019(6):63-66. doi: 10.13462/j.cnki.mmtamt.2019.06.017
    [9] Li Y,Zhao W H,Wu W W. et al. Boundary conditions optimization of spindle thermal error analysis and thermal key points selection based on inverse heat conduction[J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2017,90(9-12):2803-2812. doi: 10.1007/s00170-016-9594-0
    [10] 谢飞,王玲,殷鸣,等. 数控机床热误差的温度测点优化方法[J]. 组合机床与自动化加工技术,2019(6):45-49. doi: 10.13462/j.cnki.mmtamt.2019.06.013
    [11] Vyroubal J. Compensation of machine tool thermal deformation in spindle axis direction based on decomposition method[J]. Precision Engineering,2012,36(1):121-127. doi: 10.1016/j.precisioneng.2011.07.013
    [12] 马跃,王洪福,孙伟,等. 基于IFCM-GRA的空间多维热误差温度测点优化[J]. 大连理工大学学报,2016,56(3):236-243. doi: 10.7511/dllgxb201603003
    [13] 李传珍,李国龙,陶小会,等. 基于改进有序聚类法的立式加工中心进给系统温测点优化[J]. 工程设计学报,2020,27(2):223-231. doi: 10.3785/j.issn.1006-754X.2020.00.021
    [14] 戴野,尹相茗,魏文强,等. 基于ANFIS的高速电主轴热误差建模研究[J]. 仪器仪表学报,2020,41(6):50-58. doi: 10.19650/j.cnki.cjsi.J2006202
    [15] 李淋,蔡站文,杨勇,等. 数控插齿机热误差模块化稳健性预测模型建立[J]. 机床与液压,2022,50(8):26-30. doi: 10.3969/j.issn.1001-3881.2022.08.005
    [16] 高卫国,王伟松,张大卫,等. 考虑结构热变形的机床进给系统热误差研究[J]. 工程设计学报,2019,26(1):29-38.
    [17] 刘阔,韩伟,王永青,等. 数控机床进给轴热误差补偿技术研究综述[J]. 机械工程学报,2021,57(3):156-173.
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