数控机床热误差补偿控制技术是数控装备智能化的重要环节,通过智能感知和建模预测,进而实现数控机床精度和性能的提升,是智能制造的核心技术。其中模型的稳健性特性是评估数控机床热误差补偿控制技术在复杂的制造环境中真正工作的重要评估指标,是本领域研究的前沿和热点。本著作以典型的三轴数控加工中心为研究对象,系统地介绍了笔者在该领域十多年的研究成果,讨论了数控机床热误差补偿模型的稳健性建立过程,综合考虑温度敏感点选择、算法优化、工艺参数等多种因素耦合机理,研究科学的稳健性建模工程试验方法和热误差补偿模型功效的评估准则,建立系统的稳健性精度理论和应用方法,解决数控机床热误差补偿控制技术瓶颈背后的多因素耦合热稳健性理论中的系列问题,以期促进数控机床热误差补偿控制技术的进一步发展。本著作可供数控机床、智能制造等领域的研究人员参考。
21世纪的智能装备高速发展,信息技术和电子技术等多学科技术的融合,形成了装备智能化特征,其精度要求也越来越高。针对装备精度影响因素的分析和误差的克服,科研人员一直不遗余力地给予研究。温度对装备精度影响权重之大,且热变形又具备时变性和非线性特征,涉及多学科领域,故已成为装备精度方面研究的重点。现今国际科研人员在精度理论研究方面已获得了诸多成果,但同时也带出了新难点,尤其是精密装备中的热稳健性精度问题,无论是在理论研究还是在工程应用方面都是关键的和复杂的。
对此,著者带领学科组历时20多年,在国家自然科学基金重大项目(51490660/51490661)、国家自然科学基金项目(51175142/E051102)、国家重大专项(2009ZX04014-023)、国家重点研发项目(2019YFB1703700),以及诸多省部级项目和企业项目的支持下,系统地研究了智能数控机床热稳健性精度理论及其应用技术,并在企业中进行了应用验证。著者汇集了本人已发表的相关论著和研究成果,并参考了国内外文献写成此著作。著作明确了热稳健性的基本定义,深入论述了数控机床热稳健性精度理论及其应用技术、数控机床热误差特性,热误差稳健性建模算法等内容。
本著作由苗恩铭主持撰写及修改定稿,刘辉博士、魏新园博士分别撰写部分章节,同时研究生戚玉海、刘昀晟、郑克非、陈阳杨、彭昊等在成稿过程中也做了诸多工作,在此一并感谢。感谢著者导师费业泰教授多年来的支持和鼓励,他对本著作研究成果给予了充分关注和肯定,促进了研究的持续深入发展。
由于机械热精度理论与应用涉及传热学、误差理论、计量学、热弹性理论等多学科领域,内容深入而广泛,本著作内容仅为该领域其中一部分,研究成果难免有不全之处,仅起抛砖引玉之用。
本著作可作为科研人员、工程技术人员以及研究生等在精度理论、数控机床误差建模等方面的教材和参考书。
此书著成之时,恰逢重庆理工大学建校80周年,在此感谢重庆理工大学长期给予的支持。
1 绪论
1.1 数控机床热精度理论研究的意义
1.2 数控机床热稳健性精度理论概述
2 数控机床与精度
2.1 数控机床的结构组成
2.2 数控机床的精度
2.3 小结
3 数控机床热误差特性
3.1 热误差白箱化——从零件热变形角度出发
3.2 热误差黑箱化——从实验角度出发
3.3 小结
4 软件热误差补偿技术
4.1 热误差测量技术
4.2 热误差建模理论
4.3 热误差补偿嵌入技术
4.4 小结
5 热误差建模算法基础
5.1 温度敏感点
5.2 热误差建模算法
5.3 小结
6 热误差稳健性建模算法
6.1 温度敏感点共线性
6.2 温度敏感点共线性和关联性
6.3 稳健性建模算法
6.4 精度验证
6.5 小结
7 因素变化对热误差的影响
7.1 实切状态下的热误差
7.2 工作台位置变化的影响
7.3 多因素影响下热误差探究实验设计
7.4 小结
8 数控机床热误差评估检验方法
8.1 数控加工中心热变形检验条件和评定方法
8.2 基于精加工试件的热误差评估检验方法
8.3 精密数控机床工作台多点热误差的测定
8.4 精密数控机床实切状态下热误差的测定
8.5 小结
9 热误差补偿技术的工程应用
9.1 有源相控阵雷达发展概况
9.2 基于热误差补偿技术的雷达阵面热变形补偿
9.3 实验探究过程
9.4 雷达阵面热变形补偿效果
9.5 小结
参考文献