1284-滾筒采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì)

1284-滾筒采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì),滾筒,采煤,機(jī)截割部,設(shè)計(jì) 通過(guò)熱量誤差補(bǔ)償來(lái)改善數(shù)控機(jī)床的精確度摘　要：通過(guò)熱量誤差補(bǔ)償來(lái)改變數(shù)控機(jī)床的精度是一種可行的方法。熱量誤差的獲得是通過(guò)1-D滾珠排列和建立在錠子轉(zhuǎn)速基礎(chǔ)上的自動(dòng)退刀的表征。通過(guò)改變工件的數(shù)控程序，熱量誤差在機(jī)加工以前可以被補(bǔ)償。試驗(yàn)表明直立的加工中心的實(shí)際補(bǔ)償是可行的。關(guān)鍵詞：　數(shù)控加工中心, 熱量誤差,補(bǔ)償0.引言：數(shù)控機(jī)床精確度的改善是生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量控制的根本。熱量誤差已經(jīng)被作為機(jī)器精確度失衡的最大誘因，而且可能也是機(jī)器獲取更高精確度的最大障礙。數(shù)控機(jī)床的熱量誤差可通過(guò)機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)的改善而降低。盡管如此，還是有許多物理性限制因素使得精確度不能通過(guò)生產(chǎn)和設(shè)計(jì)技術(shù)而單獨(dú)克服。因此，誤差補(bǔ)償技術(shù)是很必要的。在過(guò)去的幾年里，對(duì)此技術(shù)的研究已經(jīng)獲得重大成果。由于熱量誤差在加工時(shí)隨時(shí)間而變化，許多前人的工作都集中在實(shí)際時(shí)間的的補(bǔ)償比率上。典型的方法是對(duì)機(jī)床幾個(gè)有代表性的點(diǎn)進(jìn)行熱量誤差和溫度的同步試驗(yàn)，然后建立一個(gè)與熱量誤差和溫度的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)多種變化進(jìn)行回歸分析或是人工網(wǎng)絡(luò)分析。在加工期間，誤差是根據(jù)之前建立的模型進(jìn)行預(yù)測(cè)并通過(guò)在實(shí)際過(guò)程中用額外的信號(hào)和自由回路進(jìn)行改正的。但是，目前只有很少被報(bào)道的實(shí)際過(guò)程補(bǔ)償案例適用于商業(yè)機(jī)床。首先，對(duì)機(jī)床的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行熱量誤差和溫度的測(cè)量是不可取的。其次，溫度傳感器的線會(huì)或多或少影響機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)。第三，實(shí)際操作中的誤差補(bǔ)償功能在許多的機(jī)器上是不可用的。為了改善數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)的精確度，有個(gè)方法是值得嘗試的。盡管許多的熱源都能引起熱量誤差，但是環(huán)形軸承的摩擦被認(rèn)為是最主要的熱源。熱量誤差是由1-D滾珠排列來(lái)衡量的。一個(gè)自動(dòng)回歸模型是以錠子轉(zhuǎn)速然后被發(fā)展到描述那時(shí)的熱量錯(cuò)誤為基礎(chǔ)的。利用這個(gè)模型，熱量誤差能夠在機(jī)械加工程序制造的時(shí)候被預(yù)測(cè)出來(lái)。通過(guò)對(duì)程序的修訂，熱量誤差能夠在加工之前得到補(bǔ)償。那么補(bǔ)償?shù)拇鷥r(jià)就大大的減輕了。1.試驗(yàn)工作為了達(dá)到補(bǔ)償目的，重要的部分不是每個(gè)機(jī)器的零部件，而是工件的位移。在調(diào)查的線性機(jī)械加工中心中，熱量誤差是由錠子膨脹、錠子固件變形和三個(gè)軸空間的變形一起引起的。由于導(dǎo)桿的伸長(zhǎng)和欄的彎曲，熱量誤差并不只是在時(shí)間上的改變，而且還是機(jī)械加工在空間上的變化。為了能夠快速的測(cè)量熱量誤差，一些簡(jiǎn)單的量規(guī)是可以使用的，例如：滾珠排列。滾珠排列是把一系列的滾珠按相等的間隔固定在頂梁上。由于滾珠的直徑相等，球狀的誤差比較小，因此，滾珠排列被用于熱量誤差測(cè)量的一個(gè)參考。大量的之前試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明在光軸上的熱量誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在橫軸和縱軸。所以，熱量誤差主要關(guān)注在光軸上。同理，也可以用相同的辦法得到其他兩個(gè)軸上的熱量誤差數(shù)據(jù)。測(cè)量的過(guò)程如圖 1所示：剛開(kāi)始，滾珠的坐標(biāo)是處在低溫狀態(tài)的，然后錠子在試驗(yàn)狀態(tài)下改變機(jī)器的熱量。滾珠溫度的測(cè)量是周期性的。熱量的轉(zhuǎn)移是通過(guò)用最初的參考坐標(biāo)減去在新的熱量狀態(tài)下滾珠坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于這種測(cè)量只需要一分鐘，機(jī)器在不同坐標(biāo)下的熱量轉(zhuǎn)移能夠更快更容易的被顯現(xiàn)出來(lái)。根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)速率的變化，熱量誤差和轉(zhuǎn)速是每十分鐘就是一個(gè)循環(huán)。坐標(biāo)的唯一偏離是在低溫狀態(tài)下完成的，而不是在所關(guān)注的獨(dú)立的量規(guī)尺寸下。象激光干涉儀這樣的精確度和準(zhǔn)確度裝置并不做要求。只有四個(gè)測(cè)量點(diǎn)z1，z2，z3，z4 來(lái)覆蓋坐標(biāo)為-50，-150，-250，-350 的 z坐標(biāo)的工作范圍。在其他的坐標(biāo)中熱量誤差可以通過(guò)一個(gè)插值函數(shù)來(lái)獲得。上述的試驗(yàn)說(shuō)明了在錠子位置和工作臺(tái)之間的派生位移與錠子和臺(tái)之間是一致的。因此熱量誤差 Δz 的測(cè)量反映了在真正的切割條件下誤差是可以忽略的。為了能夠獲得機(jī)床熱量行為的全面理解以及正確的判斷誤差模型，形成了一種測(cè)量方法。錠子轉(zhuǎn)速的多種加載方式是可用的。他們被分為如下三類(lèi)：1，常規(guī)轉(zhuǎn)速，2，轉(zhuǎn)速范圍，3，真正切割狀態(tài)下的同步轉(zhuǎn)速。此處，由切割過(guò)程而引起的熱量作用沒(méi)有被考慮進(jìn)來(lái)。不過(guò)，切割過(guò)程對(duì)整個(gè)機(jī)床機(jī)構(gòu)的熱量的影響在最終的過(guò)程中是可以忽略的。在這種機(jī)床中，最大的熱源來(lái)自于 z軸。熱量誤差在 z方向和不同的 x和 y坐標(biāo)方向大約是相同的。也就是說(shuō) x軸和 y軸的位置對(duì) z軸的熱量誤差沒(méi)有重大影響。1.圖 1（左）　熱量誤差測(cè)量 錠子傳感器2.1-D 滾珠排列圖2（右） 在不同z坐標(biāo)中的熱量誤差1. z = - 50 　2. z = - 150 　3. z = - 250 　4. z = - 350圖 2 在測(cè)試中不同 z 坐標(biāo)中熱量轉(zhuǎn)移時(shí)間過(guò)程圖的繪制上圖表明合成的熱量轉(zhuǎn)移明顯是由所在決定的。在 z1，z2，z3，z4 點(diǎn)上的熱量轉(zhuǎn)移剛開(kāi)始是一樣的，然后隨著時(shí)間的流逝和溫度的增加而逐漸分離。原因在于最初大量的熱量轉(zhuǎn)移是由于錠子位置的增長(zhǎng)造成的，和其他的耐熱時(shí)間較長(zhǎng)的機(jī)床部件相比，這個(gè)位置能更快的達(dá)到熱量平衡。然而，隨著時(shí)間的過(guò)去，那些象導(dǎo)螺桿和欄這樣由位置決定熱量誤差的部件越來(lái)越多的引起合成熱量的轉(zhuǎn)移。結(jié)果，在不同的 z坐標(biāo)中熱量的轉(zhuǎn)移具有不同的大小和熱量特性。但是，不同坐標(biāo)中的熱量轉(zhuǎn)移是隨 z坐標(biāo)不斷改變的。2.熱量誤差的回歸模型熱量誤差的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是精確誤差補(bǔ)償?shù)闹匾h(huán)節(jié)。由于對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和熱源以及界限條件的不充分，根據(jù)熱量傳遞分析得出精確的數(shù)量測(cè)量是非常困難的。另外，在眾多的實(shí)用中，利用以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的誤差模型進(jìn)行回歸分析和網(wǎng)絡(luò)分析來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)熱量誤差是不可能的。熱量誤差是由多種熱源引起的，而只有錠子引起的熱量被認(rèn)為是最重要的熱源影響因素。外部熱源對(duì)機(jī)床精確度的影響能夠通過(guò)環(huán)境溫度來(lái)控制。根據(jù)已有的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)熱量誤差的改變是和時(shí)間成正比的。某一刻的誤差值受其前一刻和錠子的轉(zhuǎn)速影響。這樣，就形成了如下的熱量誤差表現(xiàn)模型。Δz ( t) 地點(diǎn)----t時(shí)間的熱量誤差k , m ——— 模型順序ai , bi ———模型系數(shù)n ( t - i) ———在時(shí)間t-i的錠子轉(zhuǎn)速k和m的順序是有最終的誤差預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)決定的。系數(shù)ai和bi有人工網(wǎng)絡(luò)分析確定的。這個(gè)模型比其他因?yàn)镃形定閾值信號(hào)在各個(gè)結(jié)點(diǎn)上單一輸入的障礙更不容易感光。為了能確定模型預(yù)測(cè)的精確度，使用了許多新的操作條件。圖4是一個(gè)在新的條件下的預(yù)測(cè)結(jié)果，它表明以速度為基礎(chǔ)的自動(dòng)回歸模型能夠在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境下很好的描述熱量誤差。圖3 熱量誤差的網(wǎng)絡(luò) 圖4 熱量誤差的預(yù)測(cè) （1）.測(cè)量結(jié)果（2）. 預(yù)測(cè)結(jié)果3.熱量誤差的前期補(bǔ)償1.熱量誤差前期補(bǔ)償?shù)囊?guī)則如圖15所示。只要工件數(shù)控機(jī)床的程序完成，錠子的轉(zhuǎn)速和z坐標(biāo)就能知道。例如，每隔十分鐘，Δz的熱量誤差就會(huì)被模型計(jì)算一次。這樣，就能通過(guò)把計(jì)算出來(lái)的Δz加到原來(lái)的z上來(lái)修改程序。因此，熱量誤差能夠在加工之前得到補(bǔ)償。誤差補(bǔ)償?shù)挠行允怯稍S多切割試驗(yàn)來(lái)證實(shí)的。一些表面是由低于冷啟動(dòng)和一個(gè)小時(shí)不同轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磨碎的。如圖6所示，用表面磨碎的深度不同來(lái)評(píng)估在z方向的熱量誤差結(jié)果補(bǔ)償。試驗(yàn)表明這種不同由7μm減少到2μm。圖 5 通過(guò)程序的修正補(bǔ)償熱量誤差圖 6 補(bǔ)償?shù)挠行?.結(jié)論以上討論的是改善數(shù)控機(jī)床精確性的一個(gè)新方法。研究的核心是一個(gè)以錠子轉(zhuǎn)速為基礎(chǔ)的誤差模型，而不是以溫度為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)方法。通過(guò)修正數(shù)控機(jī)床的加工程序，熱量誤差能夠在加工之前得到補(bǔ)償，但并不是在實(shí)際操作中。通過(guò)使用這種方法，數(shù)控機(jī)床的精確度能夠大大的提高。參考文獻(xiàn)1 　Chen J S , Chiou G. 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