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精密卧式车床热误差溯源、建模与实时补偿

吕军 马骋 董建军 葛广言 杜正春

吕军, 马骋, 董建军, 葛广言, 杜正春. 精密卧式车床热误差溯源、建模与实时补偿[J]. 制造技术与机床, 2024, (4): 132-139. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.021
引用本文: 吕军, 马骋, 董建军, 葛广言, 杜正春. 精密卧式车床热误差溯源、建模与实时补偿[J]. 制造技术与机床, 2024, (4): 132-139. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.021
LV Jun, MA Cheng, DONG Jianjun, GE Guangyan, DU Zhengchun. Tracing, modeling, and real-time compensation of thermal error in precision horizontal lathe[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (4): 132-139. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.021
Citation: LV Jun, MA Cheng, DONG Jianjun, GE Guangyan, DU Zhengchun. Tracing, modeling, and real-time compensation of thermal error in precision horizontal lathe[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (4): 132-139. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.021

精密卧式车床热误差溯源、建模与实时补偿

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.021
基金项目: 通用技术集团科技重大专项(GTZD-2022-014);国家自然科学基金 (52375504);高档五轴机床高速高精度直驱摆头研究与产业化创业团队项目(2021R02007);宁波市高档数控机床关键部件创新中心项目
详细信息
    作者简介:

    吕军,男,1986年生,在读博士生,工程师,主要研究方向为数控机床产品的研发设计与数控机床的热误差的测量、建模及实时补偿。E-mail:lvjun5@dmtg.gt.cn

    通讯作者:

    杜正春,男,1973年生,博士,副教授,博士生导师,主要研究方向为数控机床几何误差、热误差与力致误差的综合检测、建模与实时补偿。E-mail:zcdu@sjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TH166

Tracing, modeling, and real-time compensation of thermal error in precision horizontal lathe

  • 摘要: 精密卧式车床的关键部件会在内外热源的综合影响下发生热变形,进而严重影响加工精度。数据驱动的热误差建模方法为解决此问题提供了有效手段,而厘清车床的关键热误差元素及其传导机理可进一步提高车床热误差的建模效率、精度和鲁棒性。文章针对车床X轴丝杠摩擦热、主轴发热、Z轴鞍座发热以及液压刀塔和拖板发热4个关键热误差元素开展了溯源测试,并根据溯源结果建立了热误差模型并开发了热误差实时补偿系统。车削验证实验结果表明,补偿后车床的加工误差在反复的加工和冷机过程中均稳定降低了75%以上,文章所提的热误差溯源和补偿方法有效提高了车床的加工精度和稳定性。

     

  • 图  1  车床加工工件示意图

    图  2  车床热误差复现测试设置

    图  3  车床热误差曲线

    图  4  X轴丝杠摩擦热引起的热误差测试设置

    图  5  X轴丝杠摩擦热测试中的温度曲线

    图  6  X轴丝杠摩擦热测试中的热误差曲线

    图  7  主轴热误差测试设置

    图  8  主轴热误差测试中的温度曲线

    图  9  主轴热误差测试中的热误差曲线

    图  10  Z轴鞍座热变形测试的传感器设置

    图  11  Z轴鞍座热变形测试的千分表设置

    图  12  Z轴鞍座热变形测试中的温度曲线

    图  13  Z轴鞍座热变形测试中的热误差曲线

    图  14  液压刀塔和拖板热误差测试设置

    图  15  液压刀塔和拖板热误差测试中的温度数据

    图  16  液压刀塔和拖板热误差测试中的热误差数据

    图  17  数控车床实时补偿系统

    图  18  实验中的试切工件

    图  19  实验中的温度数据

    图  20  实验中的加工误差数据

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  • 录用日期:  2024-02-07
  • 修回日期:  2024-01-23

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