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变压预紧电主轴热位移预测模型研究

Research on thermal displacement modeling of the variable pressure preload motorized spindle
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摘要 为解决高速电主轴在变速过程中产生的热位移引起加工质量的问题,通过搭建变压预紧电主轴实验平台,提出一种不同预紧力下电主轴自然降速实验方法,基于能量守恒理论建立轴承摩擦生热模型,构建预紧力与轴承发热量的函数关系;在此基础上,进一步探究轴承温升导致主轴产生热位移的影响规律。分别以预紧力为1450、1550和1700 N工况下,电主轴的轴承温度数据和时间作为输入,构建电主轴BP神经网络热位移预测模型。结果表明,构建的热位移预测模型能有效地预测电主轴的热位移,预测模型的残差在0.5μm以内,研究成果为高精密机床主轴热误差智能补偿提供一种新思路。 There is the problem of machining quality caused by the thermal displacement of the motorized spindle at variable speed.To address this issue,an experimental method of natural speed reduction for the motorized spindle under different preload forces is proposed by building an experimental platform of the variable pressure preload motorized spindle.The frictional heat generation model of bearings based on the energy conservation theory is formulated,and the function relationship between preload forces and bearing heat generation are constructed.On this basis,the influence law of bearings temperature leading to the thermal displacement of the spindle is further investigated.The temperature data of bearings and the time of the motorized spindle with preload forces of 1450,1550 and 1700 N are used as input to construct a BP neural network thermal displacement prediction model of the motorized spindle.Results show that the fomulated thermal displacement prediction model can effectively predict the thermal displacement of the motorized spindle,and the residuals of the prediction model are within 0.5μm.The research results provide a new method for the intelligent compensation of thermal error in high-precision machine tool spindles.
作者 戴野 陶学士 战士强 李兆龙 王建辉 Dai Ye;Tao Xueshi;Zhan Shiqiang;Li Zhaolong;Wang Jianhui(Key Laboratory of Advanced Manufacturing Inteigent Technology of Ministry of Education,Harbin University of Science and Technology,Harbin 150080,China;Institute of Digital Design and Automatic Machinery Product Development,Harbin University of Science and Technology,Harbin 150080,China;Ningbo Tiankong Five-Axis CNC Technology Co.,Ltd.,Yuyao 315400,China)
出处 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期77-85,共9页 Chinese Journal of Scientific Instrument
基金 哈尔滨理工大学先进制造智能化技术教育部重点实验室开放课题(KFKT202105) 黑龙江省博士后科研启动项目(LBH-Q20097)资助。
关键词 高速电主轴 自然降速实验 轴承摩擦生热模型 热位移预测模型 BP神经网络 high-speed motorized spindle natural speed reduction experiment frictional heat generation model of bearings thermal displacement prediction model BP neural network
作者简介 通信作者:戴野,2006年于哈尔滨理工大学获得学士学位,2009年于哈尔滨理工大学获得硕士学位,2012年于哈尔滨理工大学获得博士学位,现为哈尔滨理工大学教授,主要研究方向为高速电主轴技术。E-mail:daiye312@163.com。
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