[發明專利]一種臥式加工中心工藝信息的熱誤差感知方法

有效

• 申請號: 201910289324.4
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN110110381B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 馬雪奇;張冠偉;張大衛;孔德帥
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發明公開一種臥式加工中心工藝信息的熱誤差感知方法，包括步驟一：建立臥式加工中心各功能結構部件的三維模型；步驟二：對三維模型進行溫度場及變形場的有限元仿真；步驟三：建立臥式加工中心在不同工況下的熱誤差映射模型；步驟四：提取臥式加工中心加工過程中的工藝信息，基于熱誤差映射模型計算臥式加工中心末端熱誤差，建立工藝信息與臥式加工中心末端熱誤差之間的聯系。本發明采用了熱誤差映射模型，相比較其他模型，熱誤差對臥式加工中心誤差的貢獻更大，更有利于感知機床的誤差值。在熱誤差映射模型建立的過程中，采用生熱模型來作為熱載荷添加到有限元模型上，相比較直接將溫度作為熱載荷，更有利于所建立模型的準確性。

技術領域

本發明涉及臥式加工中心誤差監測領域。特別涉及到一種基于熱誤差映射模型的臥式加工中心工藝信息的誤差感知方法。

背景技術

現代機械制造技術正朝著高效率、高質量、高精度、高集成和高智能方向發展。零件在加工過程中，缺乏有效的工藝感知技術，臥式加工中心的制造數據難以同步收集，導致加工質量建模和溯源都比較困難，通過有效的工藝感知技術，能夠使零件加工過程中有效的預測零件的加工精度。因此研究臥式加工中心的高可靠性數據采集、處理，實現臥式加工中心加工過程中多傳感器數據信息獲取，實現關鍵信息的提取與表征，研究工藝感知信息的在線識別方法，對于保證高檔臥式加工中心精度和加工穩定性都具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種臥式加工中心工藝信息的熱誤差感知方法，其基于臥式加工中心熱變形的特點，針對床身、立柱和溜板進行了熱變形的仿真，得到了臥式加工中心的熱誤差映射模型。通過本發明設計方法，實現了對臥式加工中心的工藝信息進行在線感知的功能。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種臥式加工中心工藝信息的熱誤差感知方法，包括如下步驟：

步驟一：建立臥式加工中心各功能結構部件的三維模型；

步驟二：對三維模型進行溫度場及變形場的有限元仿真；

步驟三：建立臥式加工中心在不同工況下的熱誤差映射模型；

步驟四：提取臥式加工中心加工過程中的工藝信息，基于熱誤差映射模型計算臥式加工中心末端熱誤差，建立工藝信息與臥式加工中心末端熱誤差之間的聯系。

進一步的，步驟一中各功能結構部件包括床身、立柱及溜板，建立臥式加工中心各功能結構部件的三維模型過程中對各功能結構部件進行簡化，舍棄模型中的倒角、鑄造小孔、螺栓孔，去除螺栓、螺釘，得到簡化的臥式加工中心的三維模型。

進一步的，步驟二具體包括：將步驟一建立的臥式加工中心各功能結構部件的三維模型導入到有限元分析軟件中進行溫度場和變形場的仿真；仿真的具體步驟如下：

步驟2-1：將建立的臥式加工中心各功能結構部件的三維模型導入到有限元分析軟件中，得到臥式加工中心的有限元模型；

步驟2-2：基于經驗公式，計算不同工況下臥式加工中心的生熱模型，具體包括：軸承生熱模型、絲杠生熱模型、電機生熱模型、冷卻系統散熱模型；將熱載荷以熱流密度的形式施加到臥式加工中心的有限元模型上，同時施加空氣對流與強迫對流及絲杠的旋轉對流載荷條件，求解各功能結構部件的溫度場，得到有限元溫度場仿真結果。；

步驟2-3：將步驟2-2得到的有限元溫度場仿真結果以載荷的形式施加到有限元模型中；其中，對各功能結構部件獨立分析時，對床身底面采用全約束形式，立柱則在床身-立柱結合面施加固定約束，溜板、工作臺、主軸箱在滑塊-導軌結合面處施加垂直移動方向位移約束、在絲杠-螺母連接處施加移動方向位移約束，求解臥式加工中心各個功能結構部件的變形場，得到有限元變形場仿真結果。