一种精密卧式加工中心主轴热误差补偿方法

摘要

一种精密卧式加工中心主轴热误差补偿方法，对机床主轴模型进行结构简化；利用有限元分析软件ANSYS-Workbench对简化后的主轴实体模型进行网格划分，得到主轴有限元模型，结合实际主轴转速、环境温度、冷却液流速、流量和进出油温度等计算边界条件并进行设置。通过在ANSYS/Workbench中进行热力学和静力学分析，得到较精确的主轴温度场分布和热变形。基于有限元仿真结果，利用Spearman秩相关分析，对不同转速下主轴不同位置的温度与主轴热变形进行分析，找到主轴热关键点，为主轴热误差测试和热误差补偿提供了参考。最后根据实际测试主轴关键点温度和热误差，利用最小二乘法建立热误差补偿模型。以热误差补偿模型为基础，结合机床数控系统热误差补偿策略，实施主轴热误差补偿。

主权项

一种精密卧式加工中心主轴热误差补偿方法，其特征在于：1)对待补偿的精密卧式加工中心主轴进行简化，并将简化后的模型导入ANSYS/Workbench中；结合实际测量的主轴转速、环境温度、冷却液流速、流量和进出油温度计算边界条件，并将计算得到的边界条件代入ANSYS/Workbench进而对简化过的主轴进行热力学和静力学有限元仿真分析，得到较精确的主轴温度场分布和热变形；2)基于有限元仿真分析结果，提取任意节点的温度以及主轴热变形进行分析，即利用Spearman秩相关系数，对不同工况下主轴系统不同位置的温升和主轴热变形进行秩相关分析，根据计算得到的相关系数和机床具体结构选出主轴系统热关键点，相关系数计算公式： ρ = 1 - 6 Σ d 2 n 3 - n 其中d表示相应两个变量X、Y的值所对应秩的差值，n是成对数据(X，Y)的个数；3)分别在主轴系统热关键点和主轴前端安装磁铁式温度传感器和雷尼绍激光测头，实现主轴热关键点温度测量和主轴热误差测量，测量时温度传感器的输出端直接接入数控系统，并运用PLC计算采集到的温度与环境温度的差值；利用这一数值以及主轴热误差，建立热误差模型；同时以这一数值作为热误差补偿的触发量，直接结合机床数控系统热误差补偿策略实现热误差补偿，补偿方法有两种：直接将热误差模型嵌入数控系统中实现主轴热误差补偿，或根据建立的热误差补偿模型生成热误差补偿表，最终利用热误差补偿表对主轴热误差进行补偿。