【摘 要】
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现代制造业的不断发展对数控机床的运行性能提出了更高的要求。由于数控机床的机械结构十分复杂,机体内各部件之间的连接配合十分精密,使得数控机床容易受到加工环境与工况的影响,从而导致机床的加工精度和稳定性降低。研究表明,由热变形导致的误差在机床误差中的比重最高,而对于高性能数控机床而言热误差所占的比例甚至高达70%。此外,在加工过程中机床颤振现象的出现会严重降低工件的表面加工质量,也会对加工刀具和机床结
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现代制造业的不断发展对数控机床的运行性能提出了更高的要求。由于数控机床的机械结构十分复杂,机体内各部件之间的连接配合十分精密,使得数控机床容易受到加工环境与工况的影响,从而导致机床的加工精度和稳定性降低。研究表明,由热变形导致的误差在机床误差中的比重最高,而对于高性能数控机床而言热误差所占的比例甚至高达70%。此外,在加工过程中机床颤振现象的出现会严重降低工件的表面加工质量,也会对加工刀具和机床结构造成严重的破坏,颤振现象已经成为提高机床加工性能的重要阻碍之一。机床热变形与颤振导致的误差占据了机床误差的50%以上,因此本文主要针对机床热误差和颤振进行了补偿与控制方面的研究。首先,本文通过对机床热误差测量方法的比较分析,提出“五点测量法”进行机床热误差的测量,并阐述了机床温度测点优化与热误差建模的理论与方法。文章对机床颤振现象的发生机理进行了理论分析,并通过颤振信号分析得到了颤振现象在时域和频域中的发展规律与特征。其次,在完成机床热误差与颤振的相关理论与数据分析的基础上提出了机床性能控制系统。通过对机床状态信息的采集以及上位机程序的处理完成机床热误差的预测以及机床颤振的监控与识别。为了实现机床动态性能的运维控制,对基于FANUC系统原点偏移功能和SIEMENS系统温度补偿功能的热误差补偿方法,以及基于机床主轴转速调整功能的颤振抑制方法进行了研究。最后,为探究机床性能控制系统的应用效果,本文进行了热误差补偿与颤振控制的实验,实验数据表明机床性能控制系统对机床热误差与颤振的补偿控制取得了良好的效果。
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