数控慢走丝线切割机床热变形补偿方法的研究
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法一、引言在数控机床加工中，机床的稳定性和精度是直接影响加工质量的重要因素。
而机床的热误差是影响机床加工精度的主要因素之一。
本文将分析机床热误差产生的原因，并探讨常用的补偿办法，旨在帮助读者理解和解决机床热误差问题。
二、机床热误差产生原因分析（一）热误差的基本原理机床在加工过程中会受到各种外部环境因素的影响，以及自身零部件因摩擦、压力等衍生出的内部热效应。
这些因素都会导致机床的温度发生变化，从而影响机床的几何尺寸和传动精度，从而产生热误差。
（二）原因一：外部环境的影响机床所处的环境温度、湿度等都会对机床产生影响。
冬季室内温度相对较低，会导致机床传动件温度下降，从而引起机床的几何尺寸发生变化；夏季室内温度相对较高，机床零件温度会上升，进而影响机床的加工精度。
（三）原因二：机床自身结构及零部件的影响机床自身的结构、传动件、润滑系统等都会引起机床的温度变化，从而产生热误差。
机床各部件的热膨胀率不同，使得机床温度的变化导致机床的尺寸和传动精度发生变化；机床的润滑系统也会因温度变化而影响机床的加工精度。
（四）原因三：加工过程本身的热效应三、常用的补偿办法（一）采用温度控制系统采用温度控制系统能够控制机床的温度，从而减小温度对机床的影响。
在机床上安装温度传感器，实时监控机床的温度，并通过控制冷却系统或者加热系统，使机床的温度始终保持在一个稳定的范围内，从而减小机床的热误差。
（二）采用热误差补偿技术热误差补偿技术是一种通过软件或者硬件手段来对机床热误差进行补偿的技术。
通过对机床的温度进行监测，并根据温度变化对机床的坐标进行实时补偿，从而减小热误差对机床加工精度的影响。
（三）改进机床结构及材料改进机床的结构和材料也是减小热误差的重要途径。
采用低热膨胀率的材料来制造机床零部件，或者改进机床的结构，减小零部件的膨胀率，从而减小热误差的产生。
（四）优化加工工艺在加工过程中，通过优化工艺参数，减小加工零部件的摩擦和热效应，也可以减小热误差的产生。
数控机床进给系统热变形分析及补偿抑制对策
（Ｗｕ ａ ｉｎｕＳｆ ａ ｏ ，Ｌｄ ， ｈｎ４０２ ，Ｃ Ｎ） ￣ ｈｎＴａｙ ｏｗ ｒ Ｃ ． ｔ． Ｗｕａ ３２ ３ Ｈ ） ｔ ｅ
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数控机床热误差测量与补偿03版63页文档
在误差补偿技术研究中，机床温度是缓慢变化的，热变形量是微米
级，要分辨出缓慢变化温度的差异和微小的热变形，这要求检测系统具
有高的分辨率和检测精度。同时，为满足实时性要求，检测系统必须具 有较快的响应速度和采集速度。
数控机床热误差测量与补偿03版
幽默来自智慧，恶语来自无能
背景
随着科技的发展，数控机床重视，但是影响数控机床加工精 度的因素有很多，主要的加工精度越来越受到重视。机床误差可 以归结为四大类：数控机床主要机械结构的几何误差；加工过程 中的载荷误差；热变形误差；伺服系统误差。随着组成数控机床 自身的主要机械零部件制造精度的越来越高，使得几何误差对机 床精度的影响越来越小；而由于现代加工制造的特点，需要数控 机床长时间处于高速切削和快速进给的状态下工作，这样就会造 成机床床身和主要部件的快速升温，机床的各个部分产生不均匀 的温度场，使得机床在热应力的影响下发生热变形，产生热变形 误差。众多研究已经表明热误差已经成为影响数控机床加工精度 提高的极其关键因素，对于一些精密数控机床由于热误差引起的 加工误差约占总加工误差的40--70％左右，而对于一些超精密加 工机床而言，高的甚至可达到89％。因此如何有效的控制机床热 误差就显得十分重要。
2.2 对检测系统的要求 温度和热误差检测系统为整个热误差补偿技术提供数据基础，
系统的检测精度和自动化程度显得尤为重要。温度与热误差检测系 统必须满足如下要求：
2.2.1 能能同时采集温度、热位移量，且采样通道多 在数控机床热误差补偿技术研究中，特别是传感器优化布点与热误差
建模等问题研究中，必须同时采集多点的温度和热变形量进行相关性分
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法一、引言机床热误差是指机床在工作过程中，由于受到温度变化等因素的影响，导致机床加工精度下降的一种误差。
热误差的存在严重影响了机床的加工精度和稳定性，因此对机床热误差的产生原因进行分析，并采取相应的补偿措施，对提高机床加工精度具有重要意义。
本文将从机床热误差产生原因分析入手，结合常用的补偿办法进行探讨，以期为相关领域的研究工作提供参考。
二、机床热误差产生原因分析1.机床结构热误差机床在工作时，受到来自外界温度的影响，机床各部件的材料性能、机床结构等因素都会随温度的变化产生变形，导致机床加工精度降低。
机床结构热误差是机床热误差中最为常见的一种误差类型，对机床结构进行合理设计和优化，是减少机床结构热误差的重要手段。
2.主轴热误差主轴在工作时由于受到摩擦、热胀冷缩等因素的影响，会产生热变形现象，从而引起主轴的旋转精度下降。
对主轴进行有效的冷却和温度补偿是减少主轴热误差的关键。
3.导轨热误差机床导轨是机床上最为重要的定位元件，其加工精度和稳定性直接影响着机床的加工质量。
而导轨在工作时由于受到温度的变化，会产生热膨胀现象，导致导轨的精度下降。
对导轨进行有效的冷却和温度补偿是减少导轨热误差的关键。
4.传动系统热误差机床传动系统作为机床上最重要的动力传输元件，其受到温度变化的影响程度较重，因此在传动系统设计时需注意传动零件的热膨胀系数和变形规律，以减少传动系统热误差的产生。
5.环境温度变化机床在实际使用中，经常受到环境温度的影响，如温度的升高会导致机床各部件的材料热胀冷缩，从而引起机床的加工精度下降。
控制机床工作环境的温度对减少机床热误差具有重要意义。
三、常用补偿办法1.热环境调节通过对机床工作环境进行温度调节，以降低环境温度的变化对机床产生的影响，减少热误差的产生。
对机床工作间进行隔热处理，也是一种有效的热环境调节手段。
2.温度补偿技术温度补偿技术是利用传感器实时监测机床各部件的温度变化，并通过控制系统对机床进行温度补偿，以减少热误差的产生。
数控机床热变形分析研究及自动热补偿技术应用
结果如图 1 与表 1 所示。
3.2 进给速度为 30m/min 的补
偿效果（下午）
在机床中午冷机 2 小时完全冷
却后，先分别测量其在补偿前后的定
位误差，此时室温为 8.3益，丝杆螺母
温度为 8.5益。然后机床以 30m/min
的进给速度热机 30min，分别测量热
机后补偿前后的定位误差，此时室温
为 8.5益，丝杆螺母温度为 27.5益。测
表 1 Z 轴以 4.5m/min 热机时补偿前后结果对比统计渊室温 4益冤
单位：滋m
补偿前（um）
补偿后（um）
Z 轴冷态定位误差
-120.1
8.9
Z 轴热态定位误差
-92.4
13.2
热机时温度变化量/益
7.7益
· 96 ·
内燃机与配件
补偿前后的定位误差，此时室温为
4.1益，丝杆螺母温度为 9.2益。测试
展，关于热变形的研究必将有新的
突破。
参考文献院 [1] 谷 继 永 援 控 制 机 床 热 变 形 的 措 施
图 2 Z 轴以 30m/min 热机时补偿前后定位误差曲线对比
探讨[J]援安徽理工大学学报，2005（6）援 [2]陶晓杰，王治森.机床误差补偿方
表 2 Z 轴以 30m/min 热机时补偿前后结果对比统计渊室温 8.3益冤
学，2004.
要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要
作者简介院何晓峰（1984-），男，浙江绍兴人，工程师，本科，研究 方向为精密机床设计研究。
尽量小的方式安放等。于机床结构设计采用对称方案，对 称的结构形式可以实现机床在不同热源作用下产生的热 变形量达到最小，最大限度的保障机床精度。机床结构设 计采用对称方案是指在零部件结构设计时，尽量使零部件 的热源、散热面积等对称分布，以保持热变形后机床敏感 精度的中心位置不变。盂机床在开机工作时，增加必要的 热机步骤，使机床导轨、丝杆、电机等发热源充分工作并达 到热平衡状态，这对于机床的高精度，高稳定性工作具有 现实意义。因为机床由刚开机冷机状态工作到热机稳定状 态，虽然时间不长，但是存在局部升温严重造成温差产生， 引起热变形。榆机床放置于恒温车间，使机床工作环境温 度保持恒定，可以最大限度的降低温差，降低机床热变形。 另外，机床的关键部件及发热严重的部件需要增加恒温油 冷或水冷，利用设定的恒温流体循环流过主轴轴承、直线 电机等热源部位，通过对流热交换，带走热量，降低局部温 升，控制热变形。恒温冷却系统的使用已经是现阶段机床 主轴降低热变形保证精度的重要手段。虞机床加工产生切 屑的合理处理。机床加工时产生的切屑掉落于床上或飞溅 于防护上，由于切屑自带热量，大量切屑的堆积将会是一 个不可忽视的热源。如何快速有效的将切屑排出机床外， 也是机床设计的一个重大课题之一。关于切屑热的处理， 还可以通过加大冷却液流量进行冷却优化。不过现在还可 以通过采用高速铣削的方式来减少切屑自身的热量，尤其 是高精度铝合金薄壁的加工方面已经得到了普遍应用。
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法一、引言现代制造业对产品精度的要求越来越高，但是机床在加工过程中会受到温度影响，导致热误差的产生。
如果不对热误差进行有效的补偿，将会直接影响产品的加工质量，甚至导致生产事故。
研究机床热误差的产生原因以及常用的补偿办法对于保障产品加工精度具有重要意义。
二、机床热误差的产生原因分析1.机床结构热变形机床在工作过程中会受到外部环境温度变化的影响，导致机床结构材料的热膨胀或收缩，从而引起机床的尺寸变化。
特别是大型数控机床，在长时间的加工过程中，由于机床结构的温升会导致机床的各个部分产生不同程度的热变形，从而引起热误差的产生。
2.主轴热变形机床的主轴在高速加工过程中会受到较大的摩擦力和热量的影响，导致主轴温升，从而引起主轴的热变形。
主轴的热变形会直接影响到工件的加工精度，甚至导致产品质量不合格。
3.润滑油温度机床在工作过程中需要进行润滑，而润滑油的温度会直接影响到机床各个零部件的温度。
当润滑油温度升高时，会导致机床各个部件的温度升高，从而引起热误差的产生。
4.外部环境温度5.加工热量6.其他因素除了上述因素之外，机床的热误差还受到机床结构设计、机床材料特性、润滑方式、切削参数等多方面的影响。
以上这些因素的综合作用，导致了机床热误差的产生，因此在实际生产中，需要采取相应的措施对热误差进行有效的补偿。
三、机床热误差的常用补偿办法1.温度补偿温度补偿是对机床热误差进行校正的有效方法之一。
通过在机床的各个部件上设置温度传感器，实时监测机床的温度变化，并且通过控制系统对温度进行实时补偿，从而减小了机床的热误差。
2.结构优化通过对机床的结构进行优化设计，例如采用热稳定性好的材料、合理设置机床的冷却系统、优化机床的传热结构等，可以有效减小机床热误差的产生。
3.控制系统补偿控制系统补偿是通过对机床数控系统的程序进行调整，以达到对热误差的补偿效果。
例如在机床数控系统中设置热误差的补偿参数，通过对加工程序进行调整，从而达到对热误差进行有效补偿的目的。
数控机床热误差建模及补偿技术探讨报告
很大代价才能达到的精度水平，满足了一定的精度要求，又降低了仪器和设备制 造的成本，具有显而易见的经济效益。因此，热变形误差补偿技术以其强大的技 术生命力迅速被各国学者、专家所认识，并使之得以迅猛发展和推广。 热误差补偿目前有两种方法：温度场补偿法和位移补偿法。温度场补偿法是 指在某些关键部位安装一些加热元器件或者在某些构件内加入可流动循环的冷 却液，并且对这些温度点进行监测和控制，使温度场的温度得到平衡，使之达到 减少或消除热误差的目的。但是不足之处是难以对每个热误差点进行有效的控 制。位移补偿法是通过对每个坐标轴附加位移来补偿因为热误差}fU 导致刀具和 工件间的偏移误差。这种补偿法是现在使用最多的一种方法。1975 年，口本的 Okushima 公司提出利用温度检测位移补偿法，并将此方法应用于数控加工中心 来实现热误差补偿。80 年代中期，柏林工业大学将这种位移补偿法应用在数控 机床上， 在不同主轴和不同进给速度下试验得出了热误差和特征点之间的关于温 度的函数关系，并建立了误差补偿模型，只需要知道特征点的温度用补偿模型就 可以得到补偿值，然后经过数控机床的伺服进给系统附加位移来实现补偿。 目前，数控机床热误差补偿技术的研究主要体现在以下几个方面： （1）数控 机床热误差温度检测点的选择，即温度传感器摆放位置的研究及检测技术的研 究； （2）获得建立精确性比较强的数控机床热误差补偿的数学模型的研究； （ 3） 数控机床热误差实时补偿技术推广应用的研究。 目前国内外学者对这些方面问题做了大量的研究， 在温度检测点的选择方面 常用的方法有： （1）逐步线性回归方法； （2）热误差模态分析方法； （3）模糊聚 类分析方法； （4）灰色系统理论的关联度分析方法。在机床热误差补偿建模方面 突破常规建模思路，采用 BY 神经网络和 RBF 神经网络及改进的神经网络等非 线性方法，可以更好的解决了数控机床误差补偿的应用问题。
高精密数控机床热变形及其补偿技术
目录摘要 (1)Abstract (2)0 文献综述 (2)0.1 提高机床加工精度有两种基本方法 (3)0.2 热误差补偿的最新发展 (4)1 引言 (4)2 高速精密数控技术 (7)2.1 国外高速精密技术的发展 (7)2.2 我国高速精密数控技术现状 (9)2.3 我国与国外发达国家的差距 (10)2.4 高速精密数控技术的不足 (11)3 高速精密数控技术热变形 (11)3.1 数控机床热变形的产生原因 (11)3.2 热变形对生产的影响 (12)4 减小机床热变形的控制措施 (12)5 机床自身结构的优化 (15)5.1 采用高速电主轴装置 (15)5.1.1 高速电主轴的热源分析及冷却 (15)5.2滚珠丝杆螺母副 (16)5.2.1 滚珠丝杆螺母副的结构 (16)5.2.2 滚珠丝杆螺母副的热变形控制 (17)5.3 进给导轨的改进 (18)5.3.1 注塑导轨 (18)5.3.2 滚动导轨 (18)5.3.3 静压导轨 (19)5.4 机床的改进结构布局图 (20)6 热变形影响的误差检测与补偿 (21)6.1 机床型号及参数 (21)6.2 温度的测量及选择测温点 (22)6.3 热误差补偿模型的建立 (23)6.3.1多元线性回归 (24)6.3.2 补偿模型的建立 (25)6.3.3 测量数据及分析 (25)6.4 热误差补偿的执行 (28)6.4.1补偿结果 (29)7 结语 (30)参考文献 (30)致谢 (30)高速精密数控车床热变形误差及其补偿技术摘要：高精密数控机床以其显著的加工优势和无法替代的先进性，逐渐成为当今加工方式的主流，本文简单介绍了高精密数控机床的发展过程，以及国内与国外的差距。
同时热变形误差是影响机床加工精度的重要因素之一，通过误差补偿的方法可以提高机床的加工精度。
分析了高精密数控机床加工热变形的产生原因，以及一些减少机床热变形的方法。
从机床自身结构为出发点，优化车身结构，减小机床热变形。
浅谈数控机床关键部件受热误差补偿技术
浅谈数控机床关键部件受热误差补偿技术在当今机械制造行业的发展方向是质量高、精度高、集成度高、智能化。
在这种要求下，加工技术必须具有较高的精密度。
数控机床作为设备的主要加工制造对象，其精度越高，市场竞争力和制造水平就越强。
为了使我国的制造行业能够在国际市场占据一席之地，就必须应用受热误差补偿技术，来提高数控机床的加工精度。
标签：数控机床；关键部件，受热误差补偿；技术要点随着数控机床进行加工的普及，数控机床加工如何能够减少误差引起越来越多的用户的重视。
因此，作为数控机床厂家如何提高数控机床在工作运行中的精确度，成为必须面对的问题。
文章将介绍数控机床中关键部件如传动系统和主轴内部受热导致误差的来源，以及详细阐述数控机床自身通过机械补偿误差技术的要点。
1 数控机床关键部件受热误差的来源滚珠丝杠是数控机床的关键部件之一，决定着机床的运动精度，在机床常时间的运行中有发热现象的发生，而导致整个传动轴产生精度变化，机床另一关键部件主轴也是最易产生受热误差的来源之一，所以一些机床厂家在数控机床组装的时候，则对机床传动部件的和主轴部件进行一些补偿技术的处理。
2 数控机床厂家采用的受热误差补偿方法目前市场上的数控机床滚珠大部分都是运用滚珠丝杠进行传动，当机床运行一段时间以后，滚珠丝杠传动螺母副内部的滚珠和滚珠跑道就会出现一定程度的摩擦生热，导致整支丝杠出现膨胀伸长的状况，这是材料热胀冷缩的物理现象，但是这看似简单的物理现象却会造成机床传动部分精度变化数控机床厂家目前较多的使用的是对滚珠丝杆进行一些预拉力处理，使滚珠丝杠的固定端在锁紧螺帽的预锁力作用下变长，先“透支”因发热量产生的变长量，来弥补由于滚珠丝杠发热伸长而出现的误差，该锁紧力称之为“预拉力”。
当然，对于滚珠丝杠的预拉力也是限度的，如果预拉力过小，则无法滚珠丝杠的变形量拉出，过大又会导致丝杆的过度变形甚至直接造成丝杆精度破坏。
以下公式计算预拉力F0：？驻L？兹=？籽·？兹·L在此？驻L？兹热变形量（？滋m）；？籽热膨系数（12？滋m/m℃）；？兹螺杆轴的平增多温升（℃）；L指滚珠螺杆的全长（mm）KS：滚珠丝杠轴向刚性国内大部分机床生产厂家出厂的机床，会对滚珠丝杠进行2-3°C的伸长量，可以认定位1000mm的滚珠丝杆进行3um的伸长量。
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法机床热误差是指机床在加工过程中由于温度变化引起的尺寸误差。
机床加工过程中会产生大量的热量，而这些热量会导致机床各个部件的温度发生变化，从而引起机床的尺寸变化。
机床热误差主要由以下几个方面的原因引起：1. 机床结构材料的热膨胀：机床主要由铸铁、钢材等金属材料构成，这些材料在加热后会发生热膨胀。
不同材料的热膨胀系数不同，会导致机床各个部件的尺寸发生变化。
2. 加工过程中的摩擦产热：机床在加工过程中，工件与刀具之间会产生摩擦。
摩擦会产生大量的热量，导致机床各个部件的温度升高。
3. 外界环境温度的变化：机床在使用过程中，周围环境的温度会发生变化。
由于机床与环境之间存在热传导，环境温度的变化会影响机床的温度，从而引起尺寸误差。
为了减小机床热误差对加工精度的影响，常用的补偿办法有以下几种：1. 温度补偿：通过测量机床各个部件的温度，对加工程序进行补偿。
可以根据机床的温度曲线，预测机床的热变形，并根据这些变形信息对加工程序进行修正，使加工结果能够达到设计要求。
2. 热稳定化技术：通过采用一定的散热装置，控制机床的温度升高速度，减小机床的热变形。
常用的方法有：增加散热面积、改善散热条件、利用冷却介质对机床进行冷却等。
3. 工艺调整：根据机床加工过程中的热变形规律，调整工艺参数，以减小热误差对加工精度的影响。
通过减小切削刀片与工件之间的摩擦力，降低机床温度升高速度。
4. 采用合适的材料：选择热稳定性好的材料，降低材料的热膨胀系数，减小机床热误差的产生。
机床热误差的产生原因主要是由材料的热膨胀、摩擦产热和外界环境温度的变化等因素引起的。
为了减小机床热误差对加工精度的影响，可以采取温度补偿、热稳定化技术、工艺调整和选择合适的材料等补偿办法。
这些措施可以有效减小机床热误差，提高加工精度。
机床热误差建模及补偿精选全文
0.9811 4，3，5 0.9915
0.9790 4，6，5 0.9865
0.9789 4，7，5 0.9881
0.9789 4，8，5 0.9900
Rp2
0.9929 0.9937 0.9875 0.9888 0.9912 0.9888
0.9911
0.9858
0.9875
0.9895
• 热误差补偿的数学模型研究 – 多元线性回归模型 – 人工神经网络模型 – 基于多体理论的热误差模型 – 基于主轴转速的热误差模型
3.测温点位置和数量的优化
• 测温点优化的意义 • 关键测温点的确定 • 加工中心关键测温点的确定
3.1 测温点优化的意义
• 前提：机床热误差补偿的温度输入
• 要求：
数控机床热误差分析和补偿
主要内容 • 数控机床的热变形及热误差机理 • 研究现状 • 测温点的位置和数量的优化 • 热误差建模
1.数控机床的热变形及热误差机理
1.1 机床热变形研究的意义 在精密加工过程中由于工艺系统热变形引起的加工 误差占总加工误差的40%-70%，其中机床的热变 形误差占的比重很大，甚至占整个工件加工误差 的50%以上。
4.4 热误差补偿的人工神经网络模型
• 径向基神经网络系统原理
4.4 热误差补偿的人工神经网络模型
• 热误差人工神经网络模型
4.4 热误差补偿的人工神经网络模型
• 隐层(径向基层)
– 确定隐层节点数目
用模糊聚类法把样本分类,从而确定隐层节点数目
– 隐层传递函数参数的确定
• 传递函数(高斯函数)
0.9849 4，7 0.9794
0.9851 4，8 0.9794
Rp2
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法一、引言随着科学技术的不断发展，机床在工业生产中发挥着越来越重要的作用。
由于各种因素的影响，机床在工作过程中会产生热误差，影响加工精度和稳定性。
研究机床热误差的产生原因，寻求有效的补偿办法，对提高机床加工精度具有重要的意义。
本文将对机床热误差产生原因进行分析，并介绍常用的补偿办法。
二、机床热误差产生原因分析1. 机床结构变形机床在工作过程中，由于受到切削力和惯性力的作用，会导致机床结构的变形。
特别是高速加工时，机床的结构变形更加显著。
这些结构变形会导致机床的位置精度和直线度产生偏差，从而影响加工精度。
2. 主轴热变形在机床工作过程中，主轴由于长时间高速运转，会产生较大的热量。
热量的积聚会引起主轴材料的热膨胀，导致主轴的几何形状发生变化，从而影响主轴的旋转精度。
3. 传动系统的热误差机床的传动系统是由各种机械零部件组成，这些零部件在工作过程中会受到热的影响而发生膨胀或收缩。
尤其是在高速、高精度加工时，由于传动系统的热膨胀影响，会引起工件的位置偏差和形状误差。
4. 环境温度变化周围环境的温度变化也会对机床的热误差产生影响。
特别是在季节转换的时候，温度的变化会导致机床零部件的温度梯度不均匀，进而产生热误差。
5. 冷却液系统的稳定性机床的冷却液系统在工作中起着降温和润滑的作用，稳定性对于机床的热误差具有很大的影响。
如果冷却液系统的供给不均匀或温度波动较大，就会导致机床温度分布不均匀，从而引起热误差。
三、机床热误差补偿办法1. 热补偿热补偿是指通过传感器实时监测机床各部位的温度变化，然后根据监测到的温度数据，通过数学模型计算出热误差的补偿值，再加以修正，以实现对机床热误差的补偿。
通过热补偿的方法可以实现对机床热误差的准确修正，提高了机床的加工精度。
2. 结构改进通过优化设计机床结构，采用高强度、高刚性的材料，改进大梁、床身等部位的结构形式，减少机床在工作过程中的结构变形，以减小热误差的产生。
数控机床加工中材料热变形的补偿方法
数控机床加工中材料热变形的补偿方法在数控机床加工过程中，材料热变形是一个常见的问题，特别是在高温条件下加工难加工材料时。
热变形会对加工精度和产品质量产生负面影响。
为了解决这一问题，工程师和研究人员们开发了多种方法来进行材料热变形的补偿。
一种常用的方法是使用先进的数控机床控制系统。
这种控制系统可以通过对温度变化的监测和分析，以及对相应的补偿算法的应用，来实现对材料热变形的补偿。
该控制系统能够根据工作环境中的温度变化自动调整加工参数，保持加工过程中的稳定性和精度。
通过该方法，可以减少热变形对加工精度的影响，提高产品的质量。
另一种常见的补偿方法是通过加工时对材料进行预热或冷却来控制其温度。
对于易热变形的材料，预热可以提高其热稳定性，减少加工过程中的热变形。
通过将材料加热至一个较高的温度，使其达到临界状态，可以有效降低热变形的程度。
相反，对于难加工材料，采用冷却的方式可以控制其温度，并减少热变形的发生。
这些控温的方法可以在数控机床的加工过程中实现，以确保材料在加工过程中保持适宜的温度，减少热变形的影响。
此外，通过设计合理的刀具和工装夹具，也可以对材料热变形进行补偿。
刀具和工装夹具的设计可以减少加工过程中的热传导，并降低材料的热变形。
例如，通过使用冷却液和降低切削速度，可以减少切削过程中的热传导，从而实现对材料热变形的控制。
此外，采用合理的刀具几何形状和切削参数，也可以降低切削时的热变形。
最后，采用适当的材料也可以对热变形进行补偿。
对于易热变形的材料，可以选择具有较好热稳定性的材料，以减少热变形的程度。
通过对材料的选择和设计，可以使其在高温环境下保持较好的形状稳定性，降低热变形的发生。
这种方法需要在设计和选材阶段进行细致的分析和评估，以确保选择的材料满足加工要求，并具有良好的热稳定性。
综上所述，数控机床加工中材料热变形的补偿方法包括使用先进的数控机床控制系统、通过加热和冷却控制材料的温度、设计合理的刀具和工装夹具以及选择适当的材料等。
数控机床热误差测量与补偿
由于检测系统的通道数较多，在实际检测时，要求能任意设定所要 通道并能随意设定采样频率和保存间隔时间。对所采集的数据，能够以 excel格式存储以便进行数据处理。还要求检测系统软件具有良好的界面， 使用方便。
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要提高机床加工精度，减少热变形误差，目前主要 通过采用误差防止法和误差补偿法两种途径来实现。误 差防止法是指试图通过设计和制造途径来消除或减少可 能的热误差源，提高机床的制造精度，或者控制温度来 满足加工精度要求，比如采用低耗能的伺服电机、主轴 电机和变量泵等执行元件以减少热量的产生；简化传动 系统的结构，减少传动齿轮、传动轴，采用低摩擦系数 的导轨和轴承，减少摩擦发热；改善散热条件、增加隔 热措施、对发热部件(如：电柜、丝杆、油箱等)进行强 制冷却，吸收热量，避免温升；采用对称结构设计，使 部件均匀受热；对切削部分采用高压、大流量冷却系统 冷却等等。虽然误差防止法对机床的热变形控制有着十 分积极的效果，但是其却存在着很大的局限性，随着机 床本身精度的提高，会造成系统成本大幅上升，所带来 的费用增加是非常大的，因此受到经济条件的制约，而 且存在着现有加工能力的限制和无法克Jl艮#b界环境干 扰引起的误差等问题。
2.2 对检测系统的要求 温度和热误差检测系统为整个热误差补偿技术提供数据基础，
系统的检测精度和自动化程度显得尤为重要。温度与热误差检测系 统必须满足如下要求：
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2.2.1 能能同时采集温度、热位移量，且采样通道多 在数控机床热误差补偿技术研究中，特别是传感器优化布点与热误差
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法机床热误差是指机床在工作过程中由于热力的影响而产生的误差。
机床在工作过程中会受到加工过程中的大量热源的影响，如主轴传动系统的磨削和加工过程中的摩擦热、电主轴传动系统的电机发热、主轴及导轨系列受到的外部环境温度的影响等。
机床热误差的产生原因主要有以下几个方面：1. 机床结构本身的热膨胀。
机床材料在受热后会发生热膨胀现象，导致机床的尺寸发生变化，进而影响机床的定位精度。
2. 机床工作环境的温度变化。
机床工作环境的温度变化会直接影响机床的工作精度，特别是需要高精度的加工过程中，如果机床工作环境温度变化较大，将会导致机床的加工精度下降。
3. 导轨系列的变形。
导轨系列是机床的重要组成部分，其在机床加工过程中发生的变形会直接影响机床的加工精度。
当导轨系列受到温度的影响时，会发生热变形，导致机床的加工精度下降。
1. 滚动补偿。
机床滚动补偿主要是通过在控制系统中对机床的各个轴进行实时补偿，通过调整机床的位置来补偿热误差的影响。
2. 温度传感器补偿。
在机床的关键位置安装温度传感器，通过测量温度变化来实时监测机床的热变形情况，并通过控制系统对机床进行补偿。
3. 冷却系统。
通过在机床中设置冷却系统，可以有效控制机床工作环境的温度变化，从而减小机床的热误差。
4. 结构改进。
针对机床结构本身的热膨胀问题，可以通过改进结构设计，选用合适的材料，以及采用降低热膨胀系数的方法来减小热误差的影响。
机床热误差的产生对机床的加工精度有着重要的影响，因此需要采取相应的补偿办法来减小热误差的影响。
在使用机床时，需要根据具体情况选择合适的补偿办法，以提高机床的加工精度。
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法
机床热误差产生原因分析及常用补偿办法【摘要】本文围绕着机床热误差的产生原因和常用补偿办法展开讨论。
首先介绍了研究背景、研究意义和研究目的，引出了对机床热误差的分析。
在详细分析了机床热误差的产生原因，包括环境温度变化、机床结构刚度和材料特性等方面。
介绍了常用的补偿办法，如温度补偿、结构设计和工艺改进等方法。
最后通过总结和展望，强调了对机床热误差的重视与解决的重要性，为提高加工精度和效率提供了参考。
本文对于了解和应对机床热误差具有一定的指导意义。
【关键词】1. 机床2. 热误差3. 产生原因分析4. 常用补偿办法5. 研究背景6. 研究意义7. 研究目的8. 总结9. 展望1. 引言1.1 研究背景机床热误差是制约数控机床加工精度的重要因素之一，随着机床精度要求的不断提高，对机床热误差的研究也越来越受到重视。
机床在工作过程中，受到外界环境温度的影响以及机械传动元件自身运动和内部热源等因素的影响，都会导致机床温度的变化，进而引起机床热误差的产生。
研究机床热误差的产生原因及补偿办法，有助于提高机床加工精度，保证加工质量，提高生产效率。
在实际生产中，采取有效的补偿措施可以减小机床热误差对加工精度的影响，提高机床的加工稳定性和可靠性。
深入研究机床热误差的产生原因及常用补偿办法具有重要的理论和实践意义，可以为数控加工领域的发展提供技术支撑和参考依据。
1.2 研究意义机床热误差是影响机床加工精度的重要因素之一，研究机床热误差的产生原因及补偿办法具有重要的理论和实际意义。
了解机床热误差产生的原因可以帮助我们更深入地理解机床加工过程中出现的误差，为准确控制机床精度提供理论基础。
通过采取有效的补偿办法来消除或减小机床热误差，可以提高机床加工精度，降低生产成本，提高生产效率，提高产品质量，从而增强企业在市场竞争中的优势。
深入研究机床热误差产生原因和补偿办法具有重要的理论意义和实际应用价值，有助于推动我国机床制造业技术水平的提升，促进制造业的发展和经济的繁荣。
基于数控机床热误差分析及误差补偿研究
基于数控机床热误差分析及误差补偿研究近年来，随着机床制造水平的不断提高，机床的制造精度也不断提高，那些以往由于机床各结构部件制造误差造成的几何误差所占机床总误差的比例正呈越来越小的趋势，而另一方面，现代制造业在高效生产的要求下不断采用高速、超高速的加工方法，这就使得机床的温度变化更为剧烈，这些都造成了机床的热误差在所有机床误差中的比例不断增加，且大量研究表明，热误差是机床的最大误差源，占机床总误差的40%~70%，所以，有效减少机床热误差对加工过程的影响已成为提高机床加工精度的关键。
目前业界主要从两个方面减小热误差：误差防治法和误差补偿法。
误差防止法是试图通过设计和制造途径消除或减少可能的热误差源，提高机床的制造精度，或者控制温度来满足加工精度要求。
误差防止法有很大的局限性，随着机床本身精度的提高，会造成系统成本大幅上升，所带来的费用增加是昂贵的，受到经济条件的限制，而且存在着现有加工能力的限制和无法克服外界环境干扰引起的误差等问题。
所以用误差防治法来消除可能的误差源，不但成本高，并且效果也不理想，而误差补偿技术作为一种经济有效的方法，其应用某种控制策略，利用监测装置，执行机构和计算机技术来减小加工误差，提高加工精度，可以在不提高机床自身加工精度的条件下，通过对加工过程的误差源分析、建模，实时地计算出空间位置误差，将该误差反馈到控制系统中，改变实际坐标驱动量来实现误差修正，从而使被加工的工件获得有可能比母机更高的精度，同时，还可以降低仪器和设备制造的成本，具有非常显著的经济效益，因此误差补偿技术在机械加工业中已受到越来越广泛的重视。
研究热误差首先要对热源进行分析，大体分为外部热源和内部热源，外部热源主要受外部环境的影响，内部热源就相对复杂一些，首先是一次热源如电机、丝杠、齿轮、轴承和导轨，其次是二次热源，即自身不发热，由于热传递使之成为热源，如切削液，使得床身温度受到影响。
机床热动态过程可示图如下：分析以上热误差影响因素，综合到一点，因温度影响机床的热变形，从而导致不必要的热位移，影响数控机床的加工精度，影响热误差补偿的三个关键技术:1.热误差的检测2.热误差预测模型的建立3.热误差实时补偿的实施。
数控机床热变形实时补偿
数控机床热变形实时补偿制造技术的发展对的精度和可靠性提出了越来越高的要求。
大量研究表明：在精密加工中,由机床热变形所引起的制造误差占总误差的40%～70%[1]。
减少机床热误差通常有以下3种方法: 改进机床的结构设计；控制机床重要部件的温升，如进行有效的冷却和散热；建立温度变量与热变形之间的数学模型，用软件预报误差，用NC进行补偿，以减少或消除由热变形引起的机床位移[2]。
热变形误差补偿技术一般采用事后补偿，通过各种检测手段对数控加工时产生的误差进行直接或间接的测量，然后根据已经建立的误差补偿模型进行误差补偿计算[3]，将计算结果反馈给数控系统，使控制器发出相应的控制误差补偿指令以补偿相应的热误差。
本课题以GMC4000H/2y轴为研究对象，首先通过实验建立热误差与机体上若干点的温升之间的数学模型，在加工过程中借助外部设备监控温度，根据所建数学模型计算热误差，利用PLC补偿模块功能以及机床运动的可控性，修改机床运动进给量，从而实现实时补偿。
测量试验1 热误差的测量热误差是影响机床精度最主要的因素之一，机床热误差是由机床工作时复杂的温度场造成机床各部件变形引起的，它是随时间变化的非恒定误差。
热误差补偿的研究始于20世纪50年代，但其总体发展是不能令人满意的，究其原因，在于误差辨识即热误差建模。
要提高精度，必须解决“如何选择最佳的温度测点和如何建立鲁棒性强的热误差模型”的问题，两者相辅相成，缺一不可[4]。
1.1 试验设备及仪器试验样机为GMC4000H/2；8个温度传感器、1台双频干涉仪、若干电缆线等。
1.2 温度测点的选择数控机床的热误差大小取决于温度的变化、各零部件的热膨胀系数和机床的总体结构，从根本上说取决于温度变化。
温度变化越大，热变形越剧烈，从而也可能产生大的热误差。
欲研究热误差的产生和变化规律，进而减小、消除和控制热误差，必须从温度变化入手。
在机床运行时，由于各种材料的膨胀系数不同, 各部分在径向和轴向产生的热变形也不尽相同[5], 最容易受到热变形影响的机床部件是主轴和滚珠丝杠等，因此在本试验中将表1中8处最容易受到热变形影响的关键部件作为温度测量点。
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关键词 ： 温度测 点选择
模 糊聚 类分 析 多元线性 回归 遗传 算法
Ｂ Ｐ神经 网络
中图分 类号 ： Ｈ１ １ 文 献标识 码 ： Ｔ ６ Ａ
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数 控慢走 丝线 切 割机 床 是 一种 高精 度 加 工机 床 ，
箱 的抗 振能力 ， 从 提 高机床 的加工 精度 。
机床 的热变形 将对其 加工 精度 有较大 的影 响 。据 不完
设计与研究 Ｄｉａ ｓｃ ｅｎ ｄｅ ｒ ｓ Ｒ ａ ｇｎ ｅｈ
数 控慢 走 丝 线切 割机 床 热变 形 补 偿 方 法 的研 究
陈迪 于 芮 延 年 徐 明② 朱 宁②
（ 苏州大 学 ， 苏 苏州 ２ ５ ２ ； 苏州 电加工研 究所 ， 苏 苏州 ２ ５ ２ ） ① 江 １０ １ ② 江 １０ １ 摘 要： 由实验测得 专家 经验 测点 的温度 与热形 变误 差量 ， 过模糊 聚 类的分 析方 法找 出影响误 差精度 的主 通 要温 度测 点 ， 分别 利用 多元 线性 回归 的分 析方 法和 遗传算 法优化 Ｂ Ｐ神 经 网络 法建 立 热变 形误 差 的
ＣＨＥＮ ｙ ① Ｄｉｕ
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均优 于原加 强筋板 工作 台 ， 桁 架 结 构工 作 台具 有质 且 轻 的特点 ， 为机床 的优 化 和改 进 提 供 了可 参 考 的依 这
理 工 大学 ．０ ８ ２０ ．
［ ］ 向 宇 ， 计 ， 锌 ， ． 于 Ａ ＹＳ的加 工 中心 滑 座 拓 扑 优 化 设 计 ３张 熊 郝 等 基 ＮＳ
４ 结语
综 上看 来 ， 刚石桁 架结 构工作 台 的静 、 态特性 金 动
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