数控机床热误差及其抑制与补偿PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 数控机床及其在制造业中的作用 1

1.1.1 数控机床发展的历史与趋势 1

1.1.2 数控机床在现代制造业中的基础支撑作用 4

1.1.3 工业4.0与数控机床 5

1.2 数控机床热误差补偿技术概述 9

1.2.1 数控机床热误差补偿的基本概念 9

1.2.2 数控机床热误差补偿技术研究与应用的历史 9

1.2.3 数控机床热误差补偿技术研究与应用的现状 10

1.2.4 数控机床热误差补偿技术研究与应用的发展趋势 15

1.3 数控机床热误差补偿技术研究与应用的意义 17

第2章 数控机床误差及其检测技术、标准与设备 18

2.1 数控机床误差分析 18

2.1.1 数控机床误差分类 18

2.1.2 数控机床误差源分析 19

2.2 数控机床的几何误差 21

2.3 数控机床几何误差的检测标准 27

2.3.1 一条线在一个平面或空间内的直线度 27

2.3.2 部件的直线度 31

2.3.3 运动的直线度 32

2.4 数控机床几何误差的检测方法 33

2.4.1 基于单项误差分量检测的直接测量方法 33

2.4.2 基于试件加工误差反求的间接测量方法 34

2.4.3 基于标准参考物的综合测量方法 34

2.5 数控机床几何误差检测的检测技术及设备 34

2.5.1 基于激光干涉仪的检测技术及设备 34

2.5.2 基于球杆仪的检测技术及设备 37

2.6 五轴数控机床误差建模原理与分析 40

2.6.1 多体系统理论分析与误差建模 40

2.6.2 五轴数控机床结构形式分类 43

2.6.3 实验对象机床误差模型 44

2.6.4 五轴数控机床的精度测评的关键技术 48

2.7 五轴数控机床旋转定位误差的非接触检测方法 49

2.7.1 机器视觉检测技术 49

2.7.2 图像处理方法 50

2.7.3 机器视觉检测流程 52

2.7.4 机床旋转轴转角定位误差检测实例 53

2.7.5 检测结果分析 56

2.8 转台加摆头式五轴数控机床几何和伺服误差综合评价 58

2.8.1 机床运动误差模型 58

2.8.2 实验方法与装置 60

2.8.3 实验结果分析与验证 61

2.9 双转台式五轴数控机床旋转轴误差检测与辨识方法 65

2.9.1 五轴数控机床旋转轴误差定义 65

2.9.2 五轴数控机床旋转轴误差辨识原理和流程 66

2.9.3 五轴数控机床旋转轴误差辨识模型 67

2.9.4 旋转轴误差检测方法 70

2.9.5 误差辨识过程 72

2.10 双摆头式五轴数控机床空间误差分析模型 75

2.10.1 九线法检测原理 75

2.10.2 基于多体系统的机床精度预测建模 81

2.11 数控机床圆度误差检测与误差分离方法 86

2.11.1 误差源的轨迹模式及误差传递函数 87

2.11.2 圆度误差检测误差分离 90

2.11.3 不同圆度误差检测方法比较 91

2.12 基于层次分析法的数控机床精度评价系统 96

2.12.1 基于层次分析法的模糊综合评判 96

2.12.2 五轴数控机床精度评价过程 98

2.12.3 基于J2EE的数控机床精度测评系统 101

第3章 数控机床热误差及其形成机理 109

3.1 数控机床热误差影响因素分析 109

3.2 数控机床热量传递类型与传递方程 110

3.2.1 数控机床热量传递类型 110

3.2.2 数控机床热量传递方程 112

3.2.3 机床导热微分方程和热弹性运动方程 113

3.2.4 机床热误差多体系统理论方程 114

3.3 基于热态信息链的机床热误差机理研究 117

3.3.1 机床热态信息链概念及理论模型 117

3.3.2 机床热态信息链在热误差机理研究中的作用 119

3.4 数控机床热误差补偿体系结构及其关键支撑技术 120

3.4.1 数控机床热误差补偿体系结构 120

3.4.2 热误差硬件抑制技术 120

3.4.3 热误差软件补偿技术 121

第4章 数控机床热误差仿真分析技术 123

4.1 数控机床重点热刚度辨识原理与技术 123

4.1.1 机床热刚度 123

4.1.2 机床重点热刚度定义 123

4.1.3 机床重点热刚度辨识 124

4.2 对流换热系数的迭代修正 130

4.2.1 对流换热系数初始值计算 131

4.2.2 对流换热系数迭代修正模型 132

4.2.3 对流换热系数迭代修正计算步骤 134

4.3 龙门加工中心X向进给系统热特性有限元分析 135

4.3.1 基于ANSYS的热分析原理与基本模型 135

4.3.2 龙门加工中心X向进给系统热载荷和热边界条件分析 136

4.3.3 龙门加工中心X向进给系统热稳态分析 140

4.3.4 龙门加工中心X向进给系统热结构耦合分析 141

4.4 龙门加工中心Y向进给系统热特性有限元分析 148

4.4.1 龙门加工中心Y向进给系统热源分析 148

4.4.2 龙门加工中心Y向进给系统热变形分析 150

4.5 龙门加工中心主轴系统热特性分析 157

4.5.1 主轴系统发热量 157

4.5.2 主轴系统热量传递方式及其性能参数 159

4.5.3 主轴系统热稳态分析 160

4.5.4 主轴系统热变形分析 161

4.5.5 不同转速条件下主轴系统热态性能分析 165

4.6 滚珠丝杠热性能分析 166

4.6.1 热量的计算 167

4.6.2 滚珠丝杠热传递性能参数 169

4.6.3 滚珠丝杠的热稳态性能分析 169

4.6.4 滚珠丝杠稳态热变形 171

第5章 数控机床热误差硬件抑制原理与技术 176

5.1 龙门加工中心X向传动系统热态特性实验与数据分析 176

5.1.1 实验设计 176

5.1.2 实验数据分析 179

5.2 龙门加工中心Y向传动系统热态特性实验与数据分析 182

5.2.1 实验设计 182

5.2.2 实验数据分析 185

5.3 龙门加工中心Z向传动系统热态特性实验与数据分析 187

5.3.1 实验设计 187

5.3.2 实验数据分析 190

第6章 龙门加工中心进给系统热误差抑制与补偿 193

6.1 基于热误差抑制的龙门加工中心X向进给系统热优化设计 193

6.1.1 龙门加工中心X向丝杠优化设计与载荷计算 193

6.1.2 优化效果验证 199

6.2 龙门加工中心进给系统热误差的软件补偿 202

6.2.1 龙门加工中心Y向进给系统热补偿数学模型 204

6.2.2 基于西门子840D系统的热误差补偿 212

6.2.3 热误差补偿软件系统开发 214

6.3 龙门加工中心进给系统热误差在线补偿效果验证 216

6.3.1 龙门加工中心进给系统热误差补偿实验及其分析 216

6.3.2 龙门加工中心S试件切削实验及其分析 218

参考文献 220