有限元分析法有效評(píng)估由溫度擾動(dòng)引起的機(jī)床失真

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)外文資料翻譯題目有限元分析法有效評(píng)估由溫度擾動(dòng)引起的機(jī)床失真學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)學(xué)生學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師二一年月日Contents lists available at SciVerse ScienceDirectj o ur nal homep age: 有限元分析法有效評(píng)估由溫度擾動(dòng)引起的機(jī)床失真美國(guó)弗萊徹 ,A.P. 龍斯達(dá)夫 ,a 邁爾斯英國(guó)哈德斯菲爾德大學(xué)精密技術(shù)中心摘要機(jī)床易受外因影響, 主要來自不同的環(huán)境條件，如日夜或季節(jié)轉(zhuǎn)換期間導(dǎo)致的大的溫度的動(dòng)的發(fā)生。熱梯度引起熱流動(dòng)通過機(jī)械結(jié)構(gòu)的非線性結(jié)構(gòu)變形判斷是否在機(jī)床在操作或在靜態(tài)模式。在機(jī)床的長(zhǎng)期使用中，這些環(huán)境刺激結(jié)合內(nèi)部生成

2、的熱量共同導(dǎo)致操作誤差。在大多數(shù)工程產(chǎn)業(yè)中，環(huán)境測(cè)試通常是被避免的，因?yàn)樾枰獧C(jī)器停機(jī)時(shí)間和相關(guān)的實(shí)證關(guān)系及相應(yīng)的生產(chǎn)成本。摘要提出了一種新穎的離線熱誤差建模方法使用有限元分析(FEA) 顯著減少機(jī)器停機(jī)時(shí)間要求建立熱響應(yīng)。它還描述了校準(zhǔn)模型所需使用的高效的在機(jī)測(cè)量策略。這項(xiàng)技術(shù)是創(chuàng)建一個(gè)機(jī)器緊隨其后的有限元分析模型的應(yīng)用提出的方法中, 初始熱狀態(tài)的計(jì)算機(jī)和模擬計(jì)算機(jī)模型相配。一個(gè)額外的好處是 , 該方法確定所需的最小實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)間的機(jī)器上, 然后充分了解生產(chǎn)管理的生產(chǎn)成本建立這一重要參數(shù)的準(zhǔn)確性。這項(xiàng)工作的最重要貢獻(xiàn)是提出了在一個(gè)典型的案例研究; 熱模型校準(zhǔn)從兩周減少到幾個(gè)小時(shí)。驗(yàn)證工作已經(jīng)進(jìn)行

3、了超過一年的時(shí)間建立全面的季節(jié)性變化，在一年中的不同時(shí)間明顯不同的日變化的魯棒性。樣本的數(shù)據(jù)提出了基于有限元分析的方法和相關(guān)技術(shù),表明實(shí)驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)致的殘余誤差小于12 微米。關(guān)鍵詞有限元分析精度機(jī)床精度環(huán)境溫度的波動(dòng)環(huán)境溫度熱誤差- 1 -1 介紹數(shù)控機(jī)所在的車間環(huán)境對(duì)制造精度至關(guān)重要。溫度控制的環(huán)境要求較高的資本投資和運(yùn)行成本，這是不可取的 , 有時(shí)不切實(shí)際。 溫度控制的環(huán)境中 , 不斷變化的晝夜循環(huán)轉(zhuǎn)換和無數(shù)其他來源會(huì)導(dǎo)致環(huán)境溫度在規(guī)模和變化率上都發(fā)生顯著的變化。 這些時(shí)間的波動(dòng)會(huì)引起空間在機(jī)床熱梯度 ; 熱流通過結(jié)構(gòu)隨著時(shí)間的推移會(huì)導(dǎo)致非線性的變形。幾個(gè)研究項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行識(shí)別、 預(yù)測(cè)和補(bǔ)償?shù)?/p>

4、總體影響機(jī)床溫度分布， 但主要強(qiáng)調(diào)解決內(nèi)部產(chǎn)生熱量的影響 , 尤其在加工過程中從主軸傳來的。 例如，郝 用一種基于遺傳算法的 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ GA-BPN）方法，用 16 溫度計(jì)放在主軸上，主軸箱，軸絲杠和對(duì)車床動(dòng)態(tài)和高度非線性的熱誤差補(bǔ)償。 只使用一個(gè)環(huán)境溫度傳感器， 可能不足以捕獲機(jī)器周圍的詳細(xì)環(huán)境行為 。作者報(bào)道了熱誤差補(bǔ)償提高 63%。如果進(jìn)一步減少詳細(xì)的外部環(huán)境溫度波動(dòng)被認(rèn)為是可能的。同樣 , 楊等人的研究。 4 測(cè)試 INDEX-G200 車削中心和使用 MRA技術(shù)來預(yù)測(cè)它的熱的準(zhǔn)確性。分析結(jié)果表明 , 熱誤差范圍半徑方向機(jī)大約是 18 微米，高于預(yù)期。14 熱傳感器被安裝在組和只

5、有一個(gè)環(huán)境傳感器使用。而建模， 6 溫度組別變量被構(gòu)造和該模型被認(rèn)為是對(duì)環(huán)境溫度升高的線性函數(shù)。經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)四小時(shí)的測(cè)試，主軸與道具之間的預(yù)測(cè)誤差熱大約是5 微米到 18 微米。建模時(shí)間沒有提到。 曾和陳在 5 中提到的熱誤差預(yù)測(cè)模型來自神經(jīng)模糊理論。集成電路型溫度傳感器和一 英國(guó) 雷尼肖的一個(gè) 4 探測(cè)系統(tǒng)被分別用來 測(cè)量 度變化和熱變形。傳感器被安裝到主軸電機(jī)， 主軸套筒側(cè)與一個(gè)傳感器測(cè)量環(huán)境的變化。 預(yù)測(cè)模型提高了機(jī)械加工的精度，從 80 微米到 3 微米。預(yù)測(cè)模型，進(jìn)一步與 MRA相比，揭示了精度的從 10 微米到 3 微米的提高。 然而，模型的訓(xùn)練時(shí)間和停機(jī)時(shí)間是研究的主要問題和責(zé)任。

6、回歸的技術(shù)稱為正交回歸技術(shù)是受雇于杜等人。 這個(gè)技術(shù)被應(yīng)用到相同類型和規(guī)格的 100 多個(gè)車削中心。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)能夠降低切削直徑熱誤差從 35 微米到 12 微米。該技術(shù)被表述為穩(wěn)定的，因?yàn)樗Ｄ曛貜?fù)提高了精度。 如果長(zhǎng)期被認(rèn)為是車間環(huán)境溫度的波動(dòng)，精度預(yù)計(jì)將增加。許多研究人員注意各種來源對(duì)機(jī)床環(huán)境的熱漂移出現(xiàn)， 而他們強(qiáng)調(diào)的詳細(xì)環(huán)境測(cè)試所需的停機(jī)時(shí)間， 以及分析建模方法和建模的時(shí)間。 在金剛石車削機(jī)床， 進(jìn)行切削試驗(yàn) 24 小時(shí)，雷克夫和博德特注意到環(huán)境溫度變化的誤差的重要性和影響（環(huán)境溫度變化誤差）。弗萊徹等人 8 ，通過 65 小時(shí)的測(cè)試，提供了有關(guān)環(huán)保的循環(huán)波動(dòng)和漂移與誤差減少了

7、 50的信息，但提醒注意由量熱測(cè)試中有害的停機(jī)時(shí)間。 龍斯達(dá)夫等人 2 顯示由環(huán)境波動(dòng)加上長(zhǎng)期加工產(chǎn)生的熱誤差測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)試。作者還強(qiáng)調(diào)了一些意想不到的， 對(duì)機(jī)床精度的影響環(huán)境的快速波動(dòng)。 他們還強(qiáng)調(diào)了與測(cè)量相關(guān)的停機(jī)時(shí)間問題。 吉德瑞等人，論述了提高機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)減少焦點(diǎn)熱誤差的復(fù)雜性。 機(jī)器的高度精確的熱模型需要考慮各種參數(shù)的熱行為。 例如，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為 2.5 天的環(huán)境變- 2 -化的影響，由于保護(hù)和軸承套高速主軸的熱效應(yīng)出現(xiàn)。 石英直邊被安裝在機(jī)器中間支撐梁為藍(lán)本的環(huán)境效應(yīng)。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，固定在左側(cè)直邊產(chǎn)生的誤差是在其他三個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試誤差中最低。以有限元分析等建模時(shí)間不明確、操作條件不明確

8、的相關(guān)信息。由把曼和納普 10 ，同時(shí)顯示了如何增加測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量（ 4 至 60）所示的有關(guān)熱漂移的影響的擔(dān)憂可能會(huì)導(dǎo)致減少不確定性和更高的精度旋轉(zhuǎn) C軸確定的位置誤差。作者報(bào)道 , 進(jìn)一步提高測(cè)量的點(diǎn)只會(huì)導(dǎo)致有限的改進(jìn) , 因?yàn)樗赡軙?huì)導(dǎo)致額外的時(shí)間測(cè)量 , 增加了不確定性的環(huán)境或環(huán)境溫度變化引起的熱效應(yīng) , 直到測(cè)量完成。這是一個(gè)激烈的從偉大的強(qiáng)調(diào)給定的控制到內(nèi)部加熱熱效應(yīng)的討論。其結(jié)果是大多數(shù)現(xiàn)有的商業(yè)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)處理軸生長(zhǎng)和主軸發(fā)熱，而忽略了其對(duì)結(jié)構(gòu)的其余部分環(huán)境影響。這是很明顯的， 大量的停機(jī)時(shí)間是由于每天或每周的環(huán)境測(cè)試占據(jù)主導(dǎo)地位。龍斯達(dá)夫等人， 2 報(bào)道對(duì)于經(jīng)歷一個(gè)周末關(guān)機(jī)的機(jī)

9、器一個(gè)顯著的問題。在大多數(shù)情況下的環(huán)境測(cè)試， 以建立溫度與反應(yīng)之間的關(guān)系，避免因成本與生產(chǎn)機(jī)器的停機(jī)時(shí)間有關(guān)。然而，這種遺漏可能爭(zhēng)取機(jī)床的最佳的精度時(shí)是至關(guān)重要的。問題是，因?yàn)闂l件在此期間， 測(cè)試數(shù)據(jù)可以被收購是非常有限相比，真正的變化在設(shè)備操作和自然季節(jié)的范圍加劇。本文提出了一種新的脫機(jī)環(huán)境熱誤差建模方法， 基于有限元分析， 大大降低了有效的熱特性所需的停機(jī)時(shí)間。 在生產(chǎn)機(jī)床在一年多時(shí)間， 該建模方法已成功測(cè)試和驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)非常穩(wěn)定 ( 本文的樣本數(shù)據(jù)提出了兩個(gè)賽季期間測(cè)量 ) 。驗(yàn)證證實(shí)了該方法的潛力，以減少機(jī)器的停機(jī)時(shí)間通常需要幾個(gè)小時(shí)到一兩周的環(huán)境測(cè)試。 該文件還強(qiáng)調(diào)了在一臺(tái)機(jī)床的季節(jié)性

10、環(huán)境溫度變化和垂直溫度梯度內(nèi)的車間環(huán)境中存在的影響。 本文還介紹了在任何方便的維護(hù)期間， 有效地放置溫度傳感器機(jī)測(cè)量的方法來獲得所需的數(shù)據(jù)。2 提出方法一般情況下，環(huán)境溫度的變化并不像快速那些從內(nèi)部產(chǎn)生的來源，如主軸。此外，可以有幾種不同的結(jié)構(gòu)響應(yīng)需要不同的計(jì)量設(shè)備來測(cè)量 , 不能同時(shí)使用。因此，環(huán)境試驗(yàn)通常需要來自兩個(gè)天至數(shù)周， 以獲得足夠的數(shù)據(jù)來建立不同的溫度分布和本機(jī)的響應(yīng)之間的各種關(guān)系。 為了克服機(jī)器的停機(jī)問題， 基于兩個(gè)階段的有限元分析的新的建模方法，提出了在計(jì)算機(jī)輔助繪圖（CAD）是在有限元軟件創(chuàng)建的機(jī)器模型（本文采用 ABAQUS 6.7-1/standard ） 11 。在本研

11、究中。2.1有限元建模在實(shí)際中，機(jī)械工具很少存在熱平衡。因此，建立用于FEA模擬的初始條件環(huán)境- 3 -變化呈現(xiàn)出顯著問題， 因?yàn)樗挠邢拊治龊捅容^實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 為了代表機(jī)器結(jié)構(gòu)的實(shí)際初始熱狀態(tài)，進(jìn)行實(shí)際溫度梯度測(cè)量，并應(yīng)用到該模型，是個(gè)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)溫度傳感器在機(jī)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)環(huán)位置的應(yīng)用程序是費(fèi)力， 而且容易定位在敏感地區(qū)的不確定性。 而相比之下，熱誤差從運(yùn)行的機(jī)器所在的熱源是很容易以確定應(yīng)用程序中的傳感器，環(huán)境的變化會(huì)影響整體結(jié)構(gòu)。然而，即使這樣的實(shí)現(xiàn)，造型機(jī)中的有限元分析軟件的初始熱狀態(tài)仍然具有挑戰(zhàn)性。圖。 1。機(jī)器組件的與Z 軸頭產(chǎn)生的CAD 模型向上移動(dòng)相比，1 在本質(zhì)

12、上呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)于新的測(cè)試條件較新的模型。分段建模的部分軟件和應(yīng)用單獨(dú)的溫度可能代表了最初的熱狀態(tài)， 可能會(huì)導(dǎo)致不正確的溫度梯度由于段接頭， 但它是一個(gè)艱巨的任務(wù)。 這個(gè)問題是通過將所提出的方法，用于確定機(jī)器模型的初始熱狀態(tài)， 還提供了所需的一臺(tái)機(jī)器 （第 2.3 節(jié)）上的環(huán)境試驗(yàn)的最小時(shí)間的估計(jì)解決。2.1.1機(jī)器型號(hào)需要機(jī)器的模型。對(duì)于案例學(xué)習(xí)機(jī)，由文獻(xiàn)1 對(duì)于內(nèi)部產(chǎn)生的熱量所描述的模型來估算長(zhǎng)期的環(huán)境響應(yīng)。本機(jī)是一種精密3 軸立式加工中心（ VMC）與精度可達(dá) 3 微米，通過制造一臺(tái) NAS-979組件 12 進(jìn)行測(cè)試。機(jī)器的簡(jiǎn)化模型被用來進(jìn)行環(huán)境的脫機(jī)模擬 其詳情在機(jī)器的行為，示于圖1。-

13、4 -該模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分使用四面體，六面體和六面體為主 （六面體 / 楔形）在適用的使用 ABAQUS默認(rèn)的網(wǎng)格技術(shù)，揭示了 49919 個(gè)單元和 20418 節(jié)點(diǎn)的總元素。圖 2 顯示了嚙合，機(jī)器裝配。所有的模擬進(jìn)行瞬態(tài)熱模擬， 從溫度傳感器的數(shù)據(jù)用表格幅技術(shù)在軟件。2.2 機(jī)器的初始熱狀態(tài)估計(jì)通常，之前的任何試驗(yàn)開始時(shí)， 機(jī)器元件表現(xiàn)出溫度的變化， 由于時(shí)間和空間的熱梯度的存在。特別是，垂直溫度梯度已被發(fā)現(xiàn)是顯著 2,13. 因此 , 它是不可能實(shí)現(xiàn)的精確設(shè)置組件的初始溫度有限元分析軟件符合現(xiàn)實(shí)。 兩級(jí)仿真的新技術(shù)在有限元分析設(shè)計(jì)和應(yīng)用來解決這個(gè)問題。 第一階段模擬實(shí)際上會(huì)估計(jì)所需的時(shí)間跨

14、度機(jī)有限元分析模型“吸收”的全球應(yīng)用溫度溫度變化代表最大的變化可能發(fā)生在機(jī)器結(jié)構(gòu) . 。這個(gè)時(shí)間稱為“沉淀時(shí)間”和代表的溫升時(shí)間穩(wěn)定狀態(tài)機(jī)模型當(dāng)“吸收”應(yīng)用的溫度。穩(wěn)定時(shí)間也代表了這是第 2.3 節(jié)所述所需的上機(jī)測(cè)試的最小時(shí)間。 這是緊隨其后的是第二階段的正常環(huán)境模擬 , 可用于誤差模型 , 并與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。建立了模擬，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的車間溫度 20?C 作為一個(gè)統(tǒng)一的參數(shù)對(duì)機(jī)器的完整的模型在 ABAQUS軟件一個(gè)預(yù)定義的字段。由于本文的重點(diǎn)是企圖證明的方法，并在有限元分析過程中保持相對(duì)簡(jiǎn)單，整個(gè)模型應(yīng)用于具有的對(duì)流傳熱系數(shù) 6 W 米-2?C-11 這是實(shí)驗(yàn)計(jì)算出的各個(gè)傳熱系數(shù)的平均值 1。人們

15、承認(rèn)， 表面特定系數(shù)的更詳細(xì)的應(yīng)用可以提高仿真精度（參見 4.2 節(jié)）。估計(jì)時(shí)間，模型進(jìn)行了仿真直到它達(dá)到一個(gè)溫度變化反映了全球之間的變異假設(shè) 20?C 和應(yīng)用的溫度。 仿真進(jìn)行了 1?C 的溫度變化來估計(jì)溫度上升時(shí)間。圖。 2 。機(jī)器的網(wǎng)狀模型。- 5 -N.S. 勉等人。/精密工程37 （2013 ） 372 - 379圖。 3。 12.5 ? 穩(wěn)定時(shí)間終被外界關(guān)注這款機(jī)器的有限元模型。在模擬結(jié)束整個(gè)機(jī)器型號(hào)的溫度是均勻的， 這確保了隨機(jī)節(jié)點(diǎn)的選擇來繪制的穩(wěn)定時(shí)間。模擬的結(jié)果顯示，該機(jī)器模型從 20? 下在 12.5 ? 其初始溫度達(dá)到 1? C 的溫度變化為 99.99 ，如圖所示 3。

16、這表明，沉降時(shí)間因?yàn)闄C(jī)器的初始熱狀態(tài)是未知的在模擬的開始，本機(jī)的有限元模型需要沉淀的時(shí)間來吸收應(yīng)用記錄環(huán)境溫度數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)的溫度分布應(yīng)與實(shí)機(jī)的熱狀態(tài)同步。2.3模型校準(zhǔn)模型校準(zhǔn)序列與沉降時(shí)間的確定。 沉淀時(shí)間顯示所需的最小環(huán)境試驗(yàn)時(shí)間這機(jī)床都是一個(gè)重要的參數(shù) ; 生產(chǎn)管理估算成本對(duì)生產(chǎn)和準(zhǔn)確性 ，尤其是當(dāng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行環(huán)境模擬前機(jī)器有限元模型的初始熱態(tài)有限元分析的結(jié)果。 因此環(huán)境測(cè)試機(jī)器上進(jìn)行必須確保穩(wěn)定時(shí)間。該測(cè)試隨后必須繼續(xù)經(jīng)過一段長(zhǎng)時(shí)間諸如兩天或三天來建立本機(jī)的熱行為和第二階段在模擬過程中在車間內(nèi)發(fā)生的環(huán)境波動(dòng)之間的關(guān)系。 為了連續(xù)記錄在機(jī)器生產(chǎn)，記錄數(shù)據(jù)的環(huán)境傳感器必須位于左側(cè)。 由于建立時(shí)間

17、的確定， 因此幾乎沒有停機(jī)的時(shí)間是在模型校準(zhǔn)和這種建模方法的應(yīng)用程序所需的脫機(jī)處理。 溫度傳感器可以位于機(jī)器在任何方便的維修計(jì)劃位置。- 6 -3 方法的驗(yàn)證案例研究機(jī)器，在 2.1.1中描述，建模和描述的校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度變化誤差（ETVE）14 試驗(yàn)，對(duì) 3 軸立式加工中心歷時(shí)整整一年， 不僅驗(yàn)證，但確認(rèn)擬議的方法的魯棒性進(jìn)行的，但是從兩個(gè)季節(jié)（夏季數(shù)據(jù)的樣本和冬季）呈列。被選擇三天（連續(xù)）測(cè)試期間，以確保在設(shè)定時(shí)間（ 12.5 小時(shí)）的數(shù)據(jù)記錄，以及過程上的標(biāo)稱靜態(tài)機(jī)床正常 24 小時(shí)期間以突出的熱性能。這意味著機(jī)器的驅(qū)動(dòng)器處于非活動(dòng)狀態(tài)，以避免來自位置編碼器反饋校正 ; 在本質(zhì)上取得的

18、機(jī)器結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形。在該驗(yàn)證階段沒有以任何方式修改本機(jī)的機(jī)型。3.1 溫度和位移傳感器的位置該機(jī)器已經(jīng)配備了 65 表面溫度傳感器獨(dú)特的帶 15 ，用于測(cè)量所造成的內(nèi)部熱源詳細(xì)的熱梯度。另外七面?zhèn)鞲衅鞣胖迷诹衼砀欉@個(gè)高的環(huán)境溫度梯度分布結(jié)構(gòu)和一個(gè)表面?zhèn)鞲衅鞴潭ㄔ诘鬃稀Ｈ齻€(gè)環(huán)境傳感器被放置在機(jī)器內(nèi)部 , 在機(jī)器的列和相鄰基礎(chǔ)測(cè)量環(huán)境溫度變化。五個(gè)非接觸式位移傳感器（ NCDTs）置于圍繞一個(gè)心軸試驗(yàn)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)心軸的 X，Y 的位移和傾斜軸和 Z 軸方向。 400 毫米厚殷鋼被用于支持NCDTs。殷鋼是合金鋼 , 熱膨脹系數(shù)很低 (1.2 m- 1 K- 1) 從而降低環(huán)境溫度變化的影響。傳感器

19、位置如圖 4 所示。參照相應(yīng)的傳感器， 內(nèi)部環(huán)境傳感器是位移由 1 米左右垂直 0.5 米水平，而柱式傳感器約為 1.2 米垂直 2 米水平距離。- 7 -圖 4。溫度和位移的測(cè)量位置。圖。 5。 3 天期間（夏季測(cè)試）得到的溫度曲線。3.2夏季測(cè)試從上主軸首領(lǐng)和環(huán)境傳感器， 用于 3 天的期間內(nèi)面?zhèn)鞲衅鳙@取的溫度信息被顯示在圖 5。在開始測(cè)試、垂直溫度梯度的存在的機(jī)器 1? C 測(cè)量基礎(chǔ)環(huán)境傳感器和列之間的環(huán)境傳感器 , 產(chǎn)生上述復(fù)雜的初始狀態(tài)。它也可能是感興趣的，該柱環(huán)境傳感器和- 8 -基底周圍的傳感器之間的垂直溫度差波動(dòng)約為 2.5 ? C 范圍內(nèi)，在試驗(yàn)范圍是從各種來源產(chǎn)生的車間的環(huán)

20、境溫度范圍內(nèi)的溫度不穩(wěn)定的進(jìn)一步證據(jù)， 如作為日夜轉(zhuǎn)換。 打開和關(guān)閉車間大門時(shí)，溫度的波動(dòng)也會(huì)發(fā)生。圖 6 示出了室內(nèi)空氣的溫度和在 Y 軸和 Z 軸的心軸的位移測(cè)量。 Y 軸位移跟著溫度變化相當(dāng)密切，而 Z 軸位移滯后多達(dá) 3.6 小時(shí)有些地方的溫度。 Y 軸上的分析結(jié)果 ( 使用 NCDTs頂部和底部 ) 顯示 30 m / m的傾斜禮物可能會(huì)造成非均勻復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的扭曲導(dǎo)致了快速反應(yīng)溫度變化 ; 。而反應(yīng)遲緩的 z 軸可能是來自純擴(kuò)張。整體位移范圍大約是 Y 的 12 米。大約 4?C，28 米的 z 軸的整體溫度擺動(dòng)超過 3 天，x 軸結(jié)果可以忽略不計(jì) , 因?yàn)闄C(jī)器在這個(gè)方向的對(duì)稱。該

21、測(cè)試將驗(yàn)證環(huán)境的波動(dòng)引起的熱變形的機(jī)械結(jié)構(gòu)， 并證明了在一臺(tái)機(jī)床的精度劣化的假說。還發(fā)現(xiàn)了 , 在車間垂直溫度梯度隨高度增大而升高的關(guān)鍵。圖。 6。Y 和 Z 軸的位移和測(cè)量的環(huán)境溫度機(jī)器內(nèi)部（夏季測(cè)試）- 9 -7 。溫度梯度在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的第一階段之后（12.5 小時(shí)）即圖。 7 。溫度梯度在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的第一階段之后（ 12.5 小時(shí)）即代表實(shí)際的初始熱狀態(tài)（夏季測(cè)試） - （ NT11 - 節(jié)點(diǎn)溫度）。3.3驗(yàn)證穩(wěn)定時(shí)間的方法這臺(tái)機(jī)器模型的沉降時(shí)間確定為 12.5 h 因此數(shù)據(jù)覆蓋這個(gè)時(shí)間跨度選擇從第一階段中使用的測(cè)量環(huán)境數(shù)據(jù)和模擬。 如前所述，溫度數(shù)據(jù)作為仿真階段使用表格幅技術(shù)軟件中的一

22、個(gè)短暫的功能。 從基部傳感器的溫度數(shù)據(jù)被施加到基， 從里面的環(huán)境傳感器的信息被施加到載體 / 主軸 / 刀具和被施加到柱從柱環(huán)境傳感器所獲得的表和溫度信息。從第一級(jí)仿真結(jié)果必須不僅提供了正確的溫度分布也是正確的熱存儲(chǔ)器，以匹配實(shí)際機(jī)器的起動(dòng)條件。必須指出只使用環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬, 可以捕獲沒有機(jī)器停機(jī)時(shí)間 , 表面只傳感器是用來比較和相關(guān)模擬結(jié)果。圖7 示出了模擬的溫度梯度在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的沉降后時(shí)間應(yīng)該代表了12.5 ? 范圍后的實(shí)際表面溫度梯度已失效。預(yù)測(cè)的-10-初始熱態(tài)顯露是在哪里在傳感器表面放置和表1 所示點(diǎn)測(cè)量 0.2 ? C 范圍內(nèi)。建立時(shí)間仿真后，一個(gè)正常的環(huán)境模擬，然后在使用所記錄

23、的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)的剩余部分的第二階段運(yùn)行。所測(cè)量的和模擬的更新結(jié)果繪制為主要第二階段 模擬，得到的模擬誤差表和工具（測(cè)試心軸）之間的位移的差異。相比，測(cè)得的結(jié)果，該相關(guān)系數(shù)分別為 60，而 Y 位移剖面（圖 8）和 Z 軸位移曲線（圖 9）的 63。殘余誤差不到 5 微米的 Y 軸和 Z 軸少于 11 微米。包括沉淀時(shí)間 , 單獨(dú)模擬溫度和位移分別花了大約 30 和 40 分鐘 (70 分鐘 ) 。所使用的電腦有典型的 PC規(guī)格： AMD羿龍 9950 四核 2.60 GHz 處理器， 4 GB內(nèi)存， NVIDIA 的 GeForce9400 GT顯卡和 Windows XP32位操作系統(tǒng)的大約

24、 3?C范圍內(nèi)對(duì)測(cè)試范圍的闡述， 即使是垂直溫差變化范圍內(nèi)類似的垂直距離在不同的季節(jié)。峰值是懷疑是短時(shí)間內(nèi)的開放車間門送貨導(dǎo)致車間環(huán)境溫度降低。N.S. 勉等人。 / 精密工程 37（2013）372 379圖。 8。實(shí)測(cè)和模擬Y軸位移之間的相關(guān)性穩(wěn)定時(shí)間刪除。-11-圖 9 。測(cè)量和模擬的Z 軸位移之間的關(guān)系建立時(shí)間刪除。圖。 11。Y 和 Z 軸的位移和測(cè)量的環(huán)境溫度機(jī)器內(nèi)部。圖 11 示出內(nèi)的空氣溫度和機(jī)器的變形， 在 Y 軸和 Z 軸方向測(cè)得。兩個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)遵循的溫度變化而 Z 軸位移，但隨后與大約 5 小時(shí)的滯后這個(gè)時(shí)候。 Y 軸的整體運(yùn)-12-動(dòng)是 18 米和 35 m Z 軸的整體

25、溫度約 5?C的搖擺 3 天 . 這一增長(zhǎng)預(yù)期 , 因?yàn)橐惶旌鸵雇砑訜徂D(zhuǎn)換被夸大。圖。 12 。溫度梯度在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的第一階段之后（ 12.5 小時(shí)）即 代表實(shí)際的初始熱狀態(tài)（冬季測(cè)試）。12.5 H （冬季測(cè)試）后，表2 的比較測(cè)量和模擬表面溫度。結(jié)構(gòu)測(cè)量溫度模擬溫度主軸版面21.721.7圓柱面2120.9承載頭表面21.621.9基面21.921.9-13-表 3 總結(jié)結(jié)果Y 漂移（微米）Y模型誤差（微米）Y的改進(jìn)（）Z漂移 （微米）Z模型誤差（微米）Z 的改進(jìn)（）夏天124.660281063冬天186.3633511.767圖。 13。實(shí)測(cè)和模擬 Y 軸位移之間的相關(guān)性穩(wěn)定時(shí)間刪除。

26、4.1 有限元模擬（離線評(píng)估-冬季測(cè)試）一個(gè)類似的過程，使用模擬模型。在第一階段中，記錄的數(shù)據(jù)為12.5 h 的用于建立時(shí)間和以前一樣，隨后在第二階段中的環(huán)境模擬。圖12 顯示了穩(wěn)定時(shí)間它代表了-14-真正的表面溫度梯度的 12.5 ? 跨度已失效后后模擬溫度梯度結(jié)構(gòu)。 預(yù)測(cè)的初始熱態(tài)顯露是在哪里在傳感器表面被放置在表 2 所示點(diǎn)測(cè)量 0.2 ? C 的范圍內(nèi)。4.1.1冬季測(cè)試的相關(guān)性模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)斷面的關(guān)聯(lián) 63%Y 移動(dòng)配置文件 ( 圖 13) 和 67%的 Z 運(yùn)動(dòng)概要文件(圖 14)。殘余誤差小于 7 米 Y和 Z少于 12米。冬季測(cè)試不僅驗(yàn)證了建模方法的能力，但也證實(shí)了它的堅(jiān)固性。

27、 CAD模型，獲得穩(wěn)定時(shí)間和有限元仿真環(huán)境的發(fā)展是離線進(jìn)行。 溫度傳感器可以安裝在任何方便的維護(hù)計(jì)劃和環(huán)境溫度數(shù)據(jù)可被記錄在機(jī)器中的生產(chǎn)， 因此是非侵入性的， 以生產(chǎn)和成本涉及有效作為一般沒有機(jī)器的停機(jī)時(shí)間。它也強(qiáng)調(diào)，穩(wěn)定時(shí)間 12.5 H 可代表所需要的，可以同時(shí)該機(jī)在生產(chǎn)中記錄的溫度數(shù)據(jù)采集的最短時(shí)間。圖。 14 。實(shí)測(cè)和模擬 Z 軸位移之間的相關(guān)性穩(wěn)定時(shí)間刪除。4.2業(yè)績(jī)概要這里介紹的， 一個(gè)有限元分析得到的電機(jī)熱模型的建立是在夏天使用一個(gè)12.5小時(shí)的沉降時(shí)間的方法。 表 3 總結(jié)了結(jié)果?？梢杂^察到，相對(duì)于良好的溫度相關(guān)性 （ 90），本機(jī)的預(yù)測(cè)定位與測(cè)得的運(yùn)動(dòng)匹配的 60-67 范圍

28、內(nèi)。這被懷疑是由于在這種情況下，研究中所用的有限元分析模型中的平均傳熱系數(shù)的值。 可以預(yù)料的是， 定位結(jié)果可以關(guān)聯(lián)時(shí)更好的 FEA模型 施加與該變化周圍包圍的空隙產(chǎn)生的氣穴，將各不相同的溫度獨(dú)立于散裝環(huán)境溫度的表面的特定熱傳遞系數(shù) 1 。-15-5 結(jié)論環(huán)境熱測(cè)試通常是避免行業(yè)由于成本和不便與機(jī)器停機(jī)時(shí)間。 本文提出了一種基于有限元分析了一種新的離線環(huán)境的熱誤差建模方法， 隨著機(jī)器的停機(jī)時(shí)間問題， 成功地處理采用兩階段模擬方法， 短在線檢測(cè)周期和非破壞性離線溫度監(jiān)控。 該方法的步驟是先創(chuàng)建機(jī)器的 CAD模型，確定該計(jì)算機(jī)模型的建立時(shí)間和在第一階段， 接著，在第二階段的環(huán)境模擬建立初始條件。建立

29、時(shí)間可確保最短的時(shí)間都花在了數(shù)據(jù)采集。溫度傳感器可以在機(jī)器上， 在任何方便的預(yù)定機(jī)維修安裝和模擬可以一兩個(gè)小時(shí)內(nèi)完成，所以這是非常有效的。 該方法被成功驗(yàn)證了 3 軸立式銑床在一年內(nèi)； 在兩個(gè)季節(jié)從兩個(gè)環(huán)境溫度變化誤差測(cè)試數(shù)據(jù)樣本 （夏季和冬季） 提出的波動(dòng)的車間環(huán)境和對(duì)機(jī)床精度的影響的臨界性質(zhì)也被高亮顯示。 結(jié)果顯示良好的實(shí)驗(yàn)和有限元模擬結(jié)果之間的相關(guān)性一般在 60%至 70%之間。該建模方法已顯著減少所需的典型環(huán)境試驗(yàn)機(jī)器的停機(jī)時(shí)間從兩周到幾個(gè)小時(shí)。 幾乎沒有停機(jī)的時(shí)間， 與本建模方法的應(yīng)用， 除了短相關(guān)驗(yàn)證（如果需要）?？梢灶A(yù)測(cè)的投機(jī)性條件的影響來獲得更多的有用信息。致謝作者非常感謝該中心的高級(jí)計(jì)量的英國(guó)工程和物理科學(xué)研究委員會(huì)（ EPSRC）在其創(chuàng)新的制造方案提供資金。參考文獻(xiàn)1 面 NS,弗萊徹 , 龍斯達(dá)夫美聯(lián)社 , 邁爾斯 a 有效在機(jī)床熱誤差預(yù)測(cè)使用有限元分析。測(cè)量科學(xué)與技術(shù) 2011;22(8):085107 。2 龍斯達(dá)夫美聯(lián)社 , 弗萊徹年代 , 福特 DG。熱測(cè)試的實(shí)際經(jīng)驗(yàn) , 參照 ISO 230 第 3 部分。: 福特 DG,編輯器。激光計(jì)量和機(jī)器性能 VI 。南安普頓 : 智慧出版社 ,2003 年。p . 473-83 。 3 郝 W，洪濤 Z，錢監(jiān) G，秀山 W，建國(guó)華熱誤差優(yōu)化建模和數(shù)控車削中心實(shí)時(shí)補(bǔ)償