溫度測(cè)點(diǎn)優(yōu)化在機(jī)床主軸熱誤差建模中的應(yīng)用探討

楊桂民 賈隴紅

摘 要：由理論的層面進(jìn)行分析機(jī)床主軸溫度場(chǎng)還有熱變形的動(dòng)態(tài)特性，從而明確的探究到機(jī)床主軸上最為合理的溫度測(cè)點(diǎn)是存在的。利用黃金分割法展開對(duì)主軸最佳溫度測(cè)點(diǎn)的具體位置展開科學(xué)有效的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：溫度測(cè)點(diǎn)優(yōu)化;機(jī)床;熱誤差;建模

前言

近些年來(lái)，科技技術(shù)處于高速的發(fā)展?fàn)顟B(tài)以及工業(yè)領(lǐng)域得到了大幅度的提升，社會(huì)對(duì)于機(jī)床加工的產(chǎn)品的質(zhì)量的要求也在不斷的提升。因此想要做到機(jī)場(chǎng)的高精度的加工，需要對(duì)機(jī)床的誤差源展開有效的分析。因?yàn)闄C(jī)床在加工的過程中其大部分誤差軍事來(lái)自熱誤差，從而嚴(yán)重的限制了數(shù)控機(jī)床精密加工的程度。所以在加工的過程中怎樣及時(shí)精準(zhǔn)地采用最少的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行熱源分布情況的辨識(shí)，并且通過綜合性的分析出所有熱源還有機(jī)床誤差的聯(lián)系，通過有效的手段進(jìn)行熱誤差模型然后深化探究熱誤差補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)方法，從而一定程度上降低熱誤差對(duì)加工精度的影響。

一、溫度點(diǎn)優(yōu)化分析的概述

因?yàn)樵斐蓹C(jī)床熱變形誤差的相關(guān)因素相對(duì)較多，并且其加工的過程中所涉及的問題相對(duì)較為復(fù)雜，并且對(duì)于該些誤差影響影響因素之間的聯(lián)系相對(duì)較為不明顯。以至于熱變形誤差的樣本數(shù)據(jù)往往處于模糊的狀態(tài)。并且因?yàn)樵跈C(jī)床加工的過程中檢測(cè)的溫度數(shù)據(jù)還有熱變形誤差存在一定的數(shù)據(jù)的局限性，所以本文筆者主要針對(duì)機(jī)床熱變形誤差的動(dòng)態(tài)特性，展開對(duì)機(jī)床溫度測(cè)點(diǎn)數(shù)量還有位置方面的優(yōu)化展開有效的探究，并且通過最佳溫度測(cè)點(diǎn)模型的建立，從而在最合理的位置上的溫度預(yù)報(bào)主軸熱身場(chǎng)，從而一定程度上提高誤差模型的精確程度，以此有效的使得測(cè)量的手段得到有效的簡(jiǎn)單化。

二、關(guān)于主軸熱動(dòng)態(tài)特性分析

2.1最佳測(cè)溫點(diǎn)概念分析

對(duì)于加工機(jī)床的主軸來(lái)講其為桿件驚奇熱量設(shè)定為Q由主軸的左側(cè)進(jìn)入，并且將其起始時(shí)刻主軸的溫度設(shè)置成常數(shù)T。對(duì)于主軸的溫度分布通過軸向坐標(biāo)的X還有熱量傳輸時(shí)間t決定：T=T（x，t）。因?yàn)橹鬏S通常情況下是相對(duì)較為細(xì)的并且其長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)，再次過程中主要分析的是軸向熱量的傳輸。從而通過導(dǎo)熱系數(shù)還有材料的密度以及熱容形式以及加工材料的橫截面積與主軸右端的對(duì)流方面主軸的相關(guān)系數(shù)能夠獲取熱量傳輸?shù)木唧w數(shù)值還有主軸溫度分布的情況。通過有效的數(shù)據(jù)分析能夠了解到，主軸溫度場(chǎng)分布函數(shù)主要是以軸向走向還有熱量傳輸時(shí)間所決定的二元函數(shù)，并且熱變形的函數(shù)僅與時(shí)間存在有效的聯(lián)系。因此，在建立溫度與熱變形函數(shù)過程中，主軸上的所有點(diǎn)的溫度變化量還有主軸的熱變形量之間的函數(shù)關(guān)系均存在一定的差異性。在現(xiàn)實(shí)狀態(tài)下的機(jī)床主軸溫度場(chǎng)來(lái)講其往往會(huì)受到多種不明顯的因素的影響，所以在根據(jù)理論性的分析往往存在一定的不足之處，因此采用科學(xué)有效的實(shí)驗(yàn)展開對(duì)機(jī)床主軸溫度場(chǎng)還有熱變形之間的聯(lián)系方面的探究具體要求相對(duì)較大的意義。

2.2具體實(shí)驗(yàn)研究分析

想要進(jìn)一步的研究現(xiàn)實(shí)情況下機(jī)床主軸的熱變形的主要特性，所以在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中可以將參與測(cè)試的軸隨機(jī)選擇環(huán)境并將其放置在其中。對(duì)于實(shí)驗(yàn)來(lái)講其主要裝置涉及到熱源還有溫度方面的傳感設(shè)備以及位置移動(dòng)的傳感設(shè)備。并且主軸的長(zhǎng)度為0.6米，其直徑為5厘米，熱源由設(shè)備的左端進(jìn)行傳入。在此軸上由左端到有段被設(shè)置有6個(gè)溫度方面的監(jiān)測(cè)位置，并且該位置是軸上處于均勻分布的狀態(tài)，以此展開對(duì)軸上每個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)在溫度方面的變化情況觀察研究。同時(shí)位置移動(dòng)的傳感設(shè)備被設(shè)置在主軸的右端，從而展開對(duì)此軸熱伸長(zhǎng)的有效測(cè)量，換言之也就是熱誤差的測(cè)量。對(duì)于樣本相關(guān)數(shù)據(jù)的采集的周期范圍在兩分鐘。通過實(shí)驗(yàn)研究可以了解到每一個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)的溫度的具體變化情況，通過實(shí)驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息可以看到，每一個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)其溫度達(dá)到最大值的時(shí)間上并不是相同的存在明顯的差異，并且通過數(shù)據(jù)的分析可以倆極道溫度測(cè)量點(diǎn)的位置與熱源的的距離方面以及測(cè)量點(diǎn)溫度上升到最大指的時(shí)間方面的關(guān)系成正對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以料及到第2個(gè)溫度的測(cè)量位置與首個(gè)溫度測(cè)量位置處的熱變形是相對(duì)晚于該位置的溫度方面的變化的，然而其滯后的時(shí)間的間距具有一定幅度的減小。該位置的溫度處于上升狀態(tài)以及下降狀態(tài)的時(shí)間方面的變化還有熱變形的變化相對(duì)具有一定的相似性。在實(shí)驗(yàn)的過程中第3個(gè)溫度測(cè)量的位置在主軸熱變形達(dá)到最大化的程度時(shí)，此位置的溫度仍處于上升狀態(tài)并未到達(dá)最大的溫度范圍，當(dāng)主軸進(jìn)入到收縮的狀態(tài)以后，其溫度才達(dá)到最大值。所以對(duì)于第三個(gè)溫度測(cè)量的位置來(lái)講，主軸的熱變形已經(jīng)處于超前該位置的溫度方面的變化。對(duì)于其余的溫度測(cè)量的位置來(lái)講，通過實(shí)驗(yàn)可以了解到溫度測(cè)量位置與熱源間的距離的增加，主軸產(chǎn)生的熱變形狀態(tài)超前于溫度測(cè)量位置的溫度方面的變化的時(shí)間也相應(yīng)的增加，溫度測(cè)量位置處于溫度上升的狀態(tài)與溫度處于下降的狀態(tài)的曲線之間的分離情況會(huì)逐漸明顯。所以根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，在第2個(gè)還有第3個(gè)溫度測(cè)量位置之間具有一個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，能夠令其溫度方面的變化值與主軸熱變形的制趨于同步并且其展現(xiàn)出近似線性的關(guān)系。因此該點(diǎn)可以視為最佳的溫度測(cè)點(diǎn)。

三、關(guān)于最佳溫度測(cè)量點(diǎn)的確定探究

由于在現(xiàn)實(shí)情況中外在因素還有主軸自身的主要特性方面存在一定的不同之處，從而也會(huì)對(duì)其最佳溫度測(cè)點(diǎn)的具體位置造成一定的影響，結(jié)合理論分析還有相關(guān)實(shí)驗(yàn)可以了解到，其大致的位置在主軸接近熱源側(cè)的第三個(gè)與第二個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)之間。綜合分析在加熱的階段，主軸上具有持續(xù)的溫度分布，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)探究能夠了解到在接近熱源的第三個(gè)與第二個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)間一定具有一個(gè)最佳的溫度測(cè)點(diǎn)，因此能夠利用黃金分割的手段進(jìn)行反復(fù)探究，從而明確最佳溫度測(cè)量點(diǎn)的具體位置信息并且進(jìn)行采取有效的手段進(jìn)行有效的優(yōu)化處理。根據(jù)主軸每個(gè)溫度測(cè)量位置的溫度方面產(chǎn)生的變化還有主軸熱變形之間的相關(guān)系數(shù)能夠了解到：主軸越接近最佳溫度測(cè)量位置，其區(qū)域的溫度方面的變化值與主軸熱變形的具體值存在相關(guān)系數(shù)越大。故而能夠把溫度測(cè)點(diǎn)的時(shí)間方面的變量與熱變形的變量之間的相關(guān)系數(shù)作為溫度測(cè)點(diǎn)作為具體選的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于最佳溫度測(cè)點(diǎn)的優(yōu)化方法主要是，能夠提前明確所需進(jìn)行溫度測(cè)量的位置，使得測(cè)量的程序得到有效的簡(jiǎn)化。同時(shí)由于每個(gè)溫度測(cè)量位置在溫度上產(chǎn)生的具體變化還有主軸熱變形所產(chǎn)生的變量之間的系數(shù)能夠通過科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效的確定，從而使得熱誤差模型的精確度得到有效的提高。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，以理論還有實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面在展開了在機(jī)床主軸上具有最佳溫度測(cè)點(diǎn)方面的有效論證，該溫度測(cè)點(diǎn)在溫度方面的變化還有主軸熱變形方面的變化具有一定的同步性同時(shí)其呈現(xiàn)著近似線性聯(lián)系，其在溫度上升的狀態(tài)下還有溫度下降的狀態(tài)下的時(shí)間方面與熱變形方面的變量的曲線圖基本處于重合的狀態(tài)。通過最佳溫度測(cè)點(diǎn)的確定能夠建立其精度相對(duì)較高的熱誤差模型，以此有效的提高測(cè)量的工作效率。

參考文獻(xiàn)：

[1劉國(guó).機(jī)床主軸溫度測(cè)點(diǎn)布置優(yōu)化及測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)異常自修復(fù)技術(shù)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2017.

[2]趙海濤.數(shù)控機(jī)床熱誤差模態(tài)分析[D].上海：上海交通大學(xué)，2016.

作者簡(jiǎn)介：

楊桂民（1998—10—09），性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：河南省南陽(yáng)市，當(dāng)前職務(wù)：學(xué)生，學(xué)歷：本科，研究方向：機(jī)械工程.