數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償建模綜述

呂博　李多祥

摘要 數(shù)控機(jī)床設(shè)備在具體的生產(chǎn)技術(shù)運(yùn)行過程中的熱誤差技術(shù)問題，是影響我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)運(yùn)行質(zhì)量水平的重要因素，本文圍繞數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償建模綜述問題，選取2個具體方面展開了簡要的論述分析。

關(guān)鍵詞 數(shù)控機(jī)床；熱誤差；補(bǔ)償建模；加工精度；研究綜述

所謂熱誤差，是因數(shù)控機(jī)床設(shè)備主體部分溫度參數(shù)水平升高導(dǎo)致的機(jī)床內(nèi)部技術(shù)工件熱變形現(xiàn)象，繼而因待加工技術(shù)工件與刀具技術(shù)部件之間發(fā)生相對性空間位置關(guān)系變化，而具體導(dǎo)致生產(chǎn)加工技術(shù)誤差現(xiàn)象，研究數(shù)據(jù)顯示，熱誤差現(xiàn)象的發(fā)生，大約占據(jù)數(shù)控機(jī)床設(shè)備總體性生產(chǎn)加工技術(shù)誤差的40.00%～70.00%。本文將會圍繞數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償建模綜述展開簡要闡釋。

1.數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償技術(shù)問題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

通過針對數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償技術(shù)問題國內(nèi)外學(xué)者研究論述的系統(tǒng)性歸納總結(jié)分析，不難發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外學(xué)者針對數(shù)控機(jī)床設(shè)備熱誤差技術(shù)現(xiàn)象建模補(bǔ)償問題的研究，最早是在分析數(shù)控機(jī)床設(shè)備運(yùn)行使用過程中的熱效應(yīng)技術(shù)行為基礎(chǔ)上逐步成型的。

1980年，德國西柏林工業(yè)大學(xué)的UHeise以“數(shù)控機(jī)床設(shè)備的熱變形補(bǔ)償”為中心，撰寫并發(fā)表了博士論文，其在撰寫博士論文過程中開展的實(shí)驗(yàn)探究工作環(huán)節(jié)，獲取了針對數(shù)控機(jī)床設(shè)備熱變形技術(shù)現(xiàn)象幅度為65.00%的熱變形補(bǔ)償技術(shù)收益效果。與此同時，我國國內(nèi)部分研究機(jī)構(gòu)在針對數(shù)控機(jī)床設(shè)備的熱誤差研究過程中也逐步取得了一系列重要研究進(jìn)展。1984年，中國北京機(jī)床研究所與德國西柏林工業(yè)大學(xué)機(jī)床和制造工藝研究所通過技術(shù)合作，共同建構(gòu)形成數(shù)控機(jī)床設(shè)備的熱誤差技術(shù)現(xiàn)象描述與處置模型，并在一臺獨(dú)立數(shù)控機(jī)床設(shè)備之上完成了技術(shù)檢驗(yàn)過程。在此基礎(chǔ)上，中國北京機(jī)床研究所獨(dú)立研究創(chuàng)建了針對型號為DM7732數(shù)控線切割機(jī)床的熱誤差補(bǔ)償應(yīng)用技術(shù)，并且在具體的實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用技術(shù)檢驗(yàn)過程中順利獲取了表現(xiàn)幅度在75.00%以上的熱誤差檢驗(yàn)效果。我國浙江大學(xué)借助熱彈性理論，運(yùn)用數(shù)學(xué)分析處置方法推導(dǎo)獲取了數(shù)控機(jī)床設(shè)備刀具技術(shù)部分的熱變形技術(shù)現(xiàn)象計(jì)算分析公式，同時還還建構(gòu)形成了指向數(shù)控機(jī)床設(shè)備中精密機(jī)械技術(shù)組件部分的熱模態(tài)技術(shù)理論。

20世紀(jì)90年代之后，數(shù)控機(jī)床設(shè)備的熱誤差補(bǔ)償技術(shù)研究工作進(jìn)入了快速繁榮的歷史發(fā)展階段，來自美國、德國、日本以及中國等多個國家的研究人員，在針對數(shù)控機(jī)床設(shè)備運(yùn)行過程中的技術(shù)形態(tài)和技術(shù)參數(shù)表現(xiàn)特征展開系統(tǒng)全面分析基礎(chǔ)上，接連創(chuàng)立了數(shù)量充足且形態(tài)各異的建模技術(shù)思路，創(chuàng)建和構(gòu)筑了數(shù)量眾多的熱誤差處理模型。學(xué)者Jedrzejewki等人基于數(shù)控機(jī)床設(shè)備能量損失現(xiàn)象年代研究分析角度，基于有限元分析方法建構(gòu)了數(shù)控機(jī)床設(shè)備的熱誤差補(bǔ)償模型；學(xué)者Chem等人在原本已經(jīng)研究獲取的21項(xiàng)數(shù)控機(jī)床設(shè)備技術(shù)誤差項(xiàng)目基礎(chǔ)上，系統(tǒng)化創(chuàng)立并且歸納了包含熱誤差以及幾何誤差項(xiàng)目在在內(nèi)的32項(xiàng)數(shù)控機(jī)床設(shè)備運(yùn)行技術(shù)誤差組成結(jié)構(gòu)成分；Srivastava等學(xué)者運(yùn)用HTM技術(shù)處理方法，創(chuàng)立并順利形成了指向數(shù)控機(jī)床設(shè)備五軸加工中心技術(shù)結(jié)構(gòu)的誤差處置模型，同時也有部分日不研究人員在針對數(shù)控機(jī)床設(shè)備的運(yùn)行技術(shù)問題展開系統(tǒng)化研究分析基礎(chǔ)上，初步創(chuàng)立提出了關(guān)于“熱剛度”的技術(shù)概念。

美國密歇根理工大學(xué)YidingWang教授等人，在針對數(shù)控機(jī)床設(shè)備的運(yùn)行熱誤差纖細(xì)展開系統(tǒng)分析條件下，創(chuàng)構(gòu)和提出了基于灰色系統(tǒng)理論的離線式熱誤差補(bǔ)償模型，以及在線式熱誤差補(bǔ)償模型。德國學(xué)者HermleHanrld研制創(chuàng)立應(yīng)用的數(shù)控機(jī)床設(shè)備熱膨脹技術(shù)現(xiàn)象補(bǔ)償技術(shù)模型，和AchjmidRoben研制創(chuàng)立應(yīng)用的數(shù)控機(jī)床設(shè)備熱變形補(bǔ)償奇偶數(shù)系統(tǒng)，均接連獲取德國國家級專利部門的認(rèn)可和授權(quán)。

在此基礎(chǔ)上，浙江大學(xué)陳子辰教授。于1992年召開的全國數(shù)控機(jī)床熱誤差控制與補(bǔ)償研究學(xué)術(shù)研討會上，明確闡釋了關(guān)于“熱敏感度”和“熱耦合度”等全新技術(shù)研究理念。上海復(fù)旦大學(xué)的楊建國教授在CNC車削技術(shù)中心基礎(chǔ)性設(shè)備技術(shù)條件基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性引入運(yùn)用了數(shù)控機(jī)床設(shè)備的熱誤差技術(shù)現(xiàn)象的魯棒建技術(shù)處理方法。1998年，楊建國教授和潘志宏教授還合作倉U立了針對數(shù)控機(jī)床設(shè)備車削加工技術(shù)中心模塊幾何誤差技術(shù)現(xiàn)象，以及熱誤差技術(shù)現(xiàn)象的綜合性數(shù)學(xué)處置技術(shù)模型。天津大學(xué)張奕群教授等人，在具體開展的數(shù)控機(jī)床設(shè)備熱誤差技術(shù)現(xiàn)象建模處置過程中引入了Kalman濾波器技術(shù)組件，促進(jìn)了辨識精度技術(shù)參數(shù)表現(xiàn)水平的顯著改善提升，上述技術(shù)研究人員以，某臺獨(dú)立運(yùn)行的JCS 018A型數(shù)控機(jī)床設(shè)備加工中心系統(tǒng)作為對象展開了系統(tǒng)的技術(shù)研究過程，在切實(shí)引入運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模技術(shù)處理基礎(chǔ)上，確保了實(shí)際補(bǔ)償技術(shù)效果獲取幅度水平達(dá)到了60.00%以上。與此同時，我國還有一定數(shù)量的高等院校和企業(yè)性生產(chǎn)單位，也相繼圍繞數(shù)控機(jī)床設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行過程中任務(wù)差技術(shù)問題展開了系統(tǒng)的研究分析，取得了一定的研究成果，為有效解決數(shù)控機(jī)床設(shè)備在具體生產(chǎn)運(yùn)行過程中的熱誤差技術(shù)問題作出了重要貢獻(xiàn)。

2.數(shù)控機(jī)床設(shè)備熱誤差補(bǔ)償?shù)某Ｒ娊Ｌ幹盟悸?/p>

在現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床設(shè)備熱誤差技術(shù)補(bǔ)償活動開展過程中，通常應(yīng)用補(bǔ)償技術(shù)處置方法主要集中展現(xiàn)在如下2個基本方面：第一，直接針對數(shù)控機(jī)床設(shè)備在生產(chǎn)技術(shù)運(yùn)行過程中發(fā)生的熱誤差位移技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目展開補(bǔ)償處置。第二，針對數(shù)控機(jī)床設(shè)備在具體技術(shù)運(yùn)行過程中形成的溫度場技術(shù)結(jié)果實(shí)施重新平衡建構(gòu)處置。

源于平衡溫度場技術(shù)處置方法在針對某一技術(shù)矢量方向的熱誤差技術(shù)現(xiàn)象實(shí)施補(bǔ)償加熱處置過程中，源于本身對導(dǎo)致在其他矢量技術(shù)方向之中發(fā)生附加性的熱變形現(xiàn)象，繼而顯著增加了實(shí)際發(fā)生熱誤差技術(shù)參數(shù)量，所以在某些特定的技術(shù)情境之下，極有可能難以實(shí)現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床設(shè)備運(yùn)行技術(shù)空間之內(nèi)各類矢量技術(shù)方向的熱誤差技術(shù)現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)有效充分的技術(shù)補(bǔ)償支出狀態(tài)。因此，在具體運(yùn)行數(shù)控機(jī)床設(shè)備開展技術(shù)工件的生存加工空手實(shí)踐過程中，往往推薦采用第一種熱誤差處置策略完成熱誤差技術(shù)現(xiàn)象的處置過程，并且在該種技術(shù)處置策略的具體應(yīng)用過程中，往往能夠?qū)崿F(xiàn)對熱誤差技術(shù)數(shù)據(jù)的實(shí)時動態(tài)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)組件點(diǎn)位溫度參數(shù)，以及變形量參數(shù)的試動態(tài)監(jiān)測，切實(shí)建構(gòu)熱誤差技術(shù)參數(shù)水平，與溫度技術(shù)參數(shù)或者是熱變形技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目之間的數(shù)量關(guān)系模型，之后結(jié)合數(shù)控機(jī)床設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)運(yùn)行過程中實(shí)時采集的動態(tài)技術(shù)數(shù)據(jù)，實(shí)時預(yù)測數(shù)控機(jī)床設(shè)備在未來具體運(yùn)行過程中可能發(fā)生的熱誤差技術(shù)數(shù)據(jù)項(xiàng)目，在此基礎(chǔ)上選取和運(yùn)用恰當(dāng)?shù)募继幹梅椒ㄍ瓿蔁嵴`差技術(shù)現(xiàn)象的補(bǔ)償處理工作。

3.結(jié)論

針對數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償建模綜述問題，本文具體選取數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償技術(shù)問題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以及數(shù)控機(jī)床設(shè)備熱誤差補(bǔ)償?shù)某Ｒ娊Ｌ幹盟悸?個具體方面展開簡要的論述分析，旨為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。