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近年来,随着航空航天和医疗等行业对加工精度和效率要求进一步提高,五轴数控机床(FAMT)在复杂工件精密制造中的应用变得越发普遍,然而机床结构内部的热源(如滚珠丝杠、轴承、轴驱动电机)和环境温度变化引起机器部件的发生变形叠加引起的热误差会对FAMT的加工精度产生很大影响,与其他数控机床主轴不同的是,由于FAMT散热特性不佳,其热误差会更加严重,从而对FAMT的加工精度产生较为不利的影响。本文以FAMT主轴热特性机理及其调控技术为对象,通过引入数字双胞胎和云技术架构对数控机床热特性测控展开研究,并建立FAMT的热特性实验监控系统进行验证,开展了以下方面的研究:(1)机床的主轴、进给系统等关键部件是机床热源中最重要的来源,本文通过开发无线采集系统,更好、更方便测量热源等部位,解决了测量靠进发热源部位和狭小空间内温度测量困难等问题。(2)结合数字双胞胎等技术手段,将热误差建模与数控机床热特性数字双胞胎进行技术集成,构建FAMT主轴的热特性双胞胎模型。并通过使用热成像仪采集机床主轴在不同转速下的温度场,对比建立的主轴数字双胞胎温度场模型,优化其散热方式和边界条件,使主轴双胞胎虚拟温度场模型与实物的实际工作状况具有一致性。(3)建立FAMT主轴热变形数学预测模型,设计热误差监测与控制软件。通过相关数学理论结合实验数据,对机床主轴工作过程中的关键温升点进行提取,将提取的关键温升点的温升数据带入到热误差预测模型中,对误差模型进行训练,进而输出热误差。基于Unity3D软件开发能够应用于Siemens 840DSL CNC系统的热误差控制系统,进而实现远程控制FAMT主轴的运行。(4)基于Gizvits物联网云平台搭建FAMT云端系统。开发无线温度传感器作为数据信息采集端,采集主轴关键温度点的温度信息,在Unity3D客户端界面上显示预测得到的热误差和虚拟温度场。该云端系统具有多种功能模块,热误差预测模块可对FAMT主轴热误差进行预测,温度采集模块显示该机床关键位置的温度信息,查询模块可以对热特性历史数据进行查询,热误差控制模块可以对机床的运行状态进行远程控制。