温度测点优化在机床主轴热误差建模中的应用探讨

杨桂民 贾陇红

摘 要：由理论的层面进行分析机床主轴温度场还有热变形的动态特性，从而明确的探究到机床主轴上最为合理的温度测点是存在的。利用黄金分割法展开对主轴最佳温度测点的具体位置展开科学有效的优化。

关键词：温度测点优化;机床;热误差;建模

前言

近些年来，科技技术处于高速的发展状态以及工业领域得到了大幅度的提升，社会对于机床加工的产品的质量的要求也在不断的提升。因此想要做到机场的高精度的加工，需要对机床的误差源展开有效的分析。因为机床在加工的过程中其大部分误差军事来自热误差，从而严重的限制了数控机床精密加工的程度。所以在加工的过程中怎样及时精准地采用最少的测点进行热源分布情况的辨识，并且通过综合性的分析出所有热源还有机床误差的联系，通过有效的手段进行热误差模型然后深化探究热误差补偿的相关方法，从而一定程度上降低热误差对加工精度的影响。

一、温度点优化分析的概述

因为造成机床热变形误差的相关因素相对较多，并且其加工的过程中所涉及的问题相对较为复杂，并且对于该些误差影响影响因素之间的联系相对较为不明显。以至于热变形误差的样本数据往往处于模糊的状态。并且因为在机床加工的过程中检测的温度数据还有热变形误差存在一定的数据的局限性，所以本文笔者主要针对机床热变形误差的动态特性，展开对机床温度测点数量还有位置方面的优化展开有效的探究，并且通过最佳温度测点模型的建立，从而在最合理的位置上的温度预报主轴热身场，从而一定程度上提高误差模型的精确程度，以此有效的使得测量的手段得到有效的简单化。

二、关于主轴热动态特性分析

2.1最佳测温点概念分析

对于加工机床的主轴来讲其为杆件惊奇热量设定为Q由主轴的左侧进入，并且将其起始时刻主轴的温度设置成常数T。对于主轴的温度分布通过轴向坐标的X还有热量传输时间t决定：T=T（x，t）。因为主轴通常情况下是相对较为细的并且其长度相对较长，再次过程中主要分析的是轴向热量的传输。从而通过导热系数还有材料的密度以及热容形式以及加工材料的横截面积与主轴右端的对流方面主轴的相关系数能够获取热量传输的具体数值还有主轴温度分布的情况。通过有效的数据分析能够了解到，主轴温度场分布函数主要是以轴向走向还有热量传输时间所决定的二元函数，并且热变形的函数仅与时间存在有效的联系。因此，在建立温度与热变形函数过程中，主轴上的所有点的温度变化量还有主轴的热变形量之间的函数关系均存在一定的差异性。在现实状态下的机床主轴温度场来讲其往往会受到多种不明显的因素的影响，所以在根据理论性的分析往往存在一定的不足之处，因此采用科学有效的实验展开对机床主轴温度场还有热变形之间的聯系方面的探究具体要求相对较大的意义。

2.2具体实验研究分析

想要进一步的研究现实情况下机床主轴的热变形的主要特性，所以在进行实验的过程中可以将参与测试的轴随机选择环境并将其放置在其中。对于实验来讲其主要装置涉及到热源还有温度方面的传感设备以及位置移动的传感设备。并且主轴的长度为0.6米，其直径为5厘米，热源由设备的左端进行传入。在此轴上由左端到有段被设置有6个温度方面的监测位置，并且该位置是轴上处于均匀分布的状态，以此展开对轴上每个温度测点在温度方面的变化情况观察研究。同时位置移动的传感设备被设置在主轴的右端，从而展开对此轴热伸长的有效测量，换言之也就是热误差的测量。对于样本相关数据的采集的周期范围在两分钟。通过实验研究可以了解到每一个温度测量点的温度的具体变化情况，通过实验的相关数据信息可以看到，每一个温度测量点其温度达到最大值的时间上并不是相同的存在明显的差异，并且通过数据的分析可以俩极道温度测量点的位置与热源的的距离方面以及测量点温度上升到最大指的时间方面的关系成正对应的关系。

通过实验数据可以料及到第2个温度的测量位置与首个温度测量位置处的热变形是相对晚于该位置的温度方面的变化的，然而其滞后的时间的间距具有一定幅度的减小。该位置的温度处于上升状态以及下降状态的时间方面的变化还有热变形的变化相对具有一定的相似性。在实验的过程中第3个温度测量的位置在主轴热变形达到最大化的程度时，此位置的温度仍处于上升状态并未到达最大的温度范围，当主轴进入到收缩的状态以后，其温度才达到最大值。所以对于第三个温度测量的位置来讲，主轴的热变形已经处于超前该位置的温度方面的变化。对于其余的温度测量的位置来讲，通过实验可以了解到温度测量位置与热源间的距离的增加，主轴产生的热变形状态超前于温度测量位置的温度方面的变化的时间也相应的增加，温度测量位置处于温度上升的状态与温度处于下降的状态的曲线之间的分离情况会逐渐明显。所以根据实验分析，在第2个还有第3个温度测量位置之间具有一个温度测点，能够令其温度方面的变化值与主轴热变形的制趋于同步并且其展现出近似线性的关系。因此该点可以视为最佳的温度测点。

三、关于最佳温度测量点的确定探究

由于在现实情况中外在因素还有主轴自身的主要特性方面存在一定的不同之处，从而也会对其最佳温度测点的具体位置造成一定的影响，结合理论分析还有相关实验可以了解到，其大致的位置在主轴接近热源侧的第三个与第二个温度测点之间。综合分析在加热的阶段，主轴上具有持续的温度分布，同时通过实验探究能够了解到在接近热源的第三个与第二个温度测点间一定具有一个最佳的温度测点，因此能够利用黄金分割的手段进行反复探究，从而明确最佳温度测量点的具体位置信息并且进行采取有效的手段进行有效的优化处理。根据主轴每个温度测量位置的温度方面产生的变化还有主轴热变形之间的相关系数能够了解到：主轴越接近最佳温度测量位置，其区域的温度方面的变化值与主轴热变形的具体值存在相关系数越大。故而能够把温度测点的时间方面的变量与热变形的变量之间的相关系数作为温度测点作为具体选的一个标准。

对于最佳温度测点的优化方法主要是，能够提前明确所需进行温度测量的位置，使得测量的程序得到有效的简化。同时由于每个温度测量位置在温度上产生的具体变化还有主轴热变形所产生的变量之间的系数能够通过科学合理的实验进行有效的确定，从而使得热误差模型的精确度得到有效的提高。

四、结束语

综上所述，以理论还有实验两个方面在展开了在机床主轴上具有最佳温度测点方面的有效论证，该温度测点在温度方面的变化还有主轴热变形方面的变化具有一定的同步性同时其呈现着近似线性联系，其在温度上升的状态下还有温度下降的状态下的时间方面与热变形方面的变量的曲线图基本处于重合的状态。通过最佳温度测点的确定能够建立其精度相对较高的热误差模型，以此有效的提高测量的工作效率。

参考文献：

[1刘国.机床主轴温度测点布置优化及测点数据异常自修复技术[D].武汉：华中科技大学，2017.

[2]赵海涛.数控机床热误差模态分析[D].上海：上海交通大学，2016.

作者简介：

杨桂民（1998—10—09），性别：男，民族：汉，籍贯（精确到市）：河南省南阳市，当前职务：学生，学历：本科，研究方向：机械工程.