溫度測點優化在機床主軸熱誤差建模中的應用探討

楊桂民 賈隴紅

摘 要：由理論的層面進行分析機床主軸溫度場還有熱變形的動態特性，從而明確的探究到機床主軸上最為合理的溫度測點是存在的。利用黃金分割法展開對主軸最佳溫度測點的具體位置展開科學有效的優化。

關鍵詞：溫度測點優化;機床;熱誤差;建模

前言

近些年來，科技技術處于高速的發展狀態以及工業領域得到了大幅度的提升，社會對于機床加工的產品的質量的要求也在不斷的提升。因此想要做到機場的高精度的加工，需要對機床的誤差源展開有效的分析。因為機床在加工的過程中其大部分誤差軍事來自熱誤差，從而嚴重的限制了數控機床精密加工的程度。所以在加工的過程中怎樣及時精準地采用最少的測點進行熱源分布情況的辨識，并且通過綜合性的分析出所有熱源還有機床誤差的聯系，通過有效的手段進行熱誤差模型然后深化探究熱誤差補償的相關方法，從而一定程度上降低熱誤差對加工精度的影響。

一、溫度點優化分析的概述

因為造成機床熱變形誤差的相關因素相對較多，并且其加工的過程中所涉及的問題相對較為復雜，并且對于該些誤差影響影響因素之間的聯系相對較為不明顯。以至于熱變形誤差的樣本數據往往處于模糊的狀態。并且因為在機床加工的過程中檢測的溫度數據還有熱變形誤差存在一定的數據的局限性，所以本文筆者主要針對機床熱變形誤差的動態特性，展開對機床溫度測點數量還有位置方面的優化展開有效的探究，并且通過最佳溫度測點模型的建立，從而在最合理的位置上的溫度預報主軸熱身場，從而一定程度上提高誤差模型的精確程度，以此有效的使得測量的手段得到有效的簡單化。

二、關于主軸熱動態特性分析

2.1最佳測溫點概念分析

對于加工機床的主軸來講其為桿件驚奇熱量設定為Q由主軸的左側進入，并且將其起始時刻主軸的溫度設置成常數T。對于主軸的溫度分布通過軸向坐標的X還有熱量傳輸時間t決定：T=T（x，t）。因為主軸通常情況下是相對較為細的并且其長度相對較長，再次過程中主要分析的是軸向熱量的傳輸。從而通過導熱系數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流方面主軸的相關系數能夠獲取熱量傳輸的具體數值還有主軸溫度分布的情況。通過有效的數據分析能夠了解到，主軸溫度場分布函數主要是以軸向走向還有熱量傳輸時間所決定的二元函數，并且熱變形的函數僅與時間存在有效的聯系。因此，在建立溫度與熱變形函數過程中，主軸上的所有點的溫度變化量還有主軸的熱變形量之間的函數關系均存在一定的差異性。在現實狀態下的機床主軸溫度場來講其往往會受到多種不明顯的因素的影響，所以在根據理論性的分析往往存在一定的不足之處，因此采用科學有效的實驗展開對機床主軸溫度場還有熱變形之間的聯系方面的探究具體要求相對較大的意義。

2.2具體實驗研究分析

想要進一步的研究現實情況下機床主軸的熱變形的主要特性，所以在進行實驗的過程中可以將參與測試的軸隨機選擇環境并將其放置在其中。對于實驗來講其主要裝置涉及到熱源還有溫度方面的傳感設備以及位置移動的傳感設備。并且主軸的長度為0.6米，其直徑為5厘米，熱源由設備的左端進行傳入。在此軸上由左端到有段被設置有6個溫度方面的監測位置，并且該位置是軸上處于均勻分布的狀態，以此展開對軸上每個溫度測點在溫度方面的變化情況觀察研究。同時位置移動的傳感設備被設置在主軸的右端，從而展開對此軸熱伸長的有效測量，換言之也就是熱誤差的測量。對于樣本相關數據的采集的周期范圍在兩分鐘。通過實驗研究可以了解到每一個溫度測量點的溫度的具體變化情況，通過實驗的相關數據信息可以看到，每一個溫度測量點其溫度達到最大值的時間上并不是相同的存在明顯的差異，并且通過數據的分析可以倆極道溫度測量點的位置與熱源的的距離方面以及測量點溫度上升到最大指的時間方面的關系成正對應的關系。

通過實驗數據可以料及到第2個溫度的測量位置與首個溫度測量位置處的熱變形是相對晚于該位置的溫度方面的變化的，然而其滯后的時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以及下降狀態的時間方面的變化還有熱變形的變化相對具有一定的相似性。在實驗的過程中第3個溫度測量的位置在主軸熱變形達到最大化的程度時，此位置的溫度仍處于上升狀態并未到達最大的溫度范圍，當主軸進入到收縮的狀態以后，其溫度才達到最大值。所以對于第三個溫度測量的位置來講，主軸的熱變形已經處于超前該位置的溫度方面的變化。對于其余的溫度測量的位置來講，通過實驗可以了解到溫度測量位置與熱源間的距離的增加，主軸產生的熱變形狀態超前于溫度測量位置的溫度方面的變化的時間也相應的增加，溫度測量位置處于溫度上升的狀態與溫度處于下降的狀態的曲線之間的分離情況會逐漸明顯。所以根據實驗分析，在第2個還有第3個溫度測量位置之間具有一個溫度測點，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出近似線性的關系。因此該點可以視為最佳的溫度測點。

三、關于最佳溫度測量點的確定探究

由于在現實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，從而也會對其最佳溫度測點的具體位置造成一定的影響，結合理論分析還有相關實驗可以了解到，其大致的位置在主軸接近熱源側的第三個與第二個溫度測點之間。綜合分析在加熱的階段，主軸上具有持續的溫度分布，同時通過實驗探究能夠了解到在接近熱源的第三個與第二個溫度測點間一定具有一個最佳的溫度測點，因此能夠利用黃金分割的手段進行反復探究，從而明確最佳溫度測量點的具體位置信息并且進行采取有效的手段進行有效的優化處理。根據主軸每個溫度測量位置的溫度方面產生的變化還有主軸熱變形之間的相關系數能夠了解到：主軸越接近最佳溫度測量位置，其區域的溫度方面的變化值與主軸熱變形的具體值存在相關系數越大。故而能夠把溫度測點的時間方面的變量與熱變形的變量之間的相關系數作為溫度測點作為具體選的一個標準。

對于最佳溫度測點的優化方法主要是，能夠提前明確所需進行溫度測量的位置，使得測量的程序得到有效的簡化。同時由于每個溫度測量位置在溫度上產生的具體變化還有主軸熱變形所產生的變量之間的系數能夠通過科學合理的實驗進行有效的確定，從而使得熱誤差模型的精確度得到有效的提高。

四、結束語

綜上所述，以理論還有實驗兩個方面在展開了在機床主軸上具有最佳溫度測點方面的有效論證，該溫度測點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其呈現著近似線性聯系，其在溫度上升的狀態下還有溫度下降的狀態下的時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。通過最佳溫度測點的確定能夠建立其精度相對較高的熱誤差模型，以此有效的提高測量的工作效率。

參考文獻：

[1劉國.機床主軸溫度測點布置優化及測點數據異常自修復技術[D].武漢：華中科技大學，2017.

[2]趙海濤.數控機床熱誤差模態分析[D].上海：上海交通大學，2016.

作者簡介：

楊桂民（1998—10—09），性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：河南省南陽市，當前職務：學生，學歷：本科，研究方向：機械工程.