[发明专利]一种卧式加工中心工艺信息的热误差感知方法

说明书

本发明公开一种卧式加工中心工艺信息的热误差感知方法，包括步骤一：建立卧式加工中心各功能结构部件的三维模型；步骤二：对三维模型进行温度场及变形场的有限元仿真；步骤三：建立卧式加工中心在不同工况下的热误差映射模型；步骤四：提取卧式加工中心加工过程中的工艺信息，基于热误差映射模型计算卧式加工中心末端热误差，建立工艺信息与卧式加工中心末端热误差之间的联系。本发明采用了热误差映射模型，相比较其他模型，热误差对卧式加工中心误差的贡献更大，更有利于感知机床的误差值。在热误差映射模型建立的过程中，采用生热模型来作为热载荷添加到有限元模型上，相比较直接将温度作为热载荷，更有利于所建立模型的准确性。

技术领域

本发明涉及卧式加工中心误差监测领域。特别涉及到一种基于热误差映射模型的卧式加工中心工艺信息的误差感知方法。

背景技术

现代机械制造技术正朝着高效率、高质量、高精度、高集成和高智能方向发展。零件在加工过程中，缺乏有效的工艺感知技术，卧式加工中心的制造数据难以同步收集，导致加工质量建模和溯源都比较困难，通过有效的工艺感知技术，能够使零件加工过程中有效的预测零件的加工精度。因此研究卧式加工中心的高可靠性数据采集、处理，实现卧式加工中心加工过程中多传感器数据信息获取，实现关键信息的提取与表征，研究工艺感知信息的在线识别方法，对于保证高档卧式加工中心精度和加工稳定性都具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种卧式加工中心工艺信息的热误差感知方法，其基于卧式加工中心热变形的特点，针对床身、立柱和溜板进行了热变形的仿真，得到了卧式加工中心的热误差映射模型。通过本发明设计方法，实现了对卧式加工中心的工艺信息进行在线感知的功能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种卧式加工中心工艺信息的热误差感知方法，包括如下步骤：

步骤一：建立卧式加工中心各功能结构部件的三维模型；

步骤二：对三维模型进行温度场及变形场的有限元仿真；

步骤三：建立卧式加工中心在不同工况下的热误差映射模型；

步骤四：提取卧式加工中心加工过程中的工艺信息，基于热误差映射模型计算卧式加工中心末端热误差，建立工艺信息与卧式加工中心末端热误差之间的联系。

进一步的，步骤一中各功能结构部件包括床身、立柱及溜板，建立卧式加工中心各功能结构部件的三维模型过程中对各功能结构部件进行简化，舍弃模型中的倒角、铸造小孔、螺栓孔，去除螺栓、螺钉，得到简化的卧式加工中心的三维模型。

进一步的，步骤二具体包括：将步骤一建立的卧式加工中心各功能结构部件的三维模型导入到有限元分析软件中进行温度场和变形场的仿真；仿真的具体步骤如下：

步骤2-1：将建立的卧式加工中心各功能结构部件的三维模型导入到有限元分析软件中，得到卧式加工中心的有限元模型；

步骤2-2：基于经验公式，计算不同工况下卧式加工中心的生热模型，具体包括：轴承生热模型、丝杠生热模型、电机生热模型、冷却系统散热模型；将热载荷以热流密度的形式施加到卧式加工中心的有限元模型上，同时施加空气对流与强迫对流及丝杠的旋转对流载荷条件，求解各功能结构部件的温度场，得到有限元温度场仿真结果。；

步骤2-3：将步骤2-2得到的有限元温度场仿真结果以载荷的形式施加到有限元模型中；其中，对各功能结构部件独立分析时，对床身底面采用全约束形式，立柱则在床身-立柱结合面施加固定约束，溜板、工作台、主轴箱在滑块-导轨结合面处施加垂直移动方向位移约束、在丝杠-螺母连接处施加移动方向位移约束，求解卧式加工中心各个功能结构部件的变形场，得到有限元变形场仿真结果。