一、精密温度测量中传感器热特性对温度场的影响（论文文献综述）
贺平平[1]（2021）在《变工况预紧力下主轴轴承服役性能预测研究》文中研究指明高速、高精密、高可靠性主轴是高速加工设备极端化发展的需求,而支撑元件轴承服役条件下的温升变化所导致转轴的热变形直接影响机床主轴的加工精度及寿命。主轴的智能化发展要求主轴在低速重载、中速中载、高速轻载的变工况下同时具有良好的动态性能和热特性。预紧力是影响轴承的刚度、寿命、温升等服役性能的关键。目前,主轴制造商提供的预紧方式和预紧力大小仅保证轴承在单一工况下有良好的服役性能。本论文在保证不同转速下轴承刚度、寿命等服役性能良好的前提下,提出通过主动调节预紧力实现主轴轴承温升变化控制的方法,具有运用灵活、成本低、主轴结构变动小的特点。针对此方法就高速角接触球轴承接触参数解析算法改进、变工况下轴承接触状态及性能、轴承热力耦合建模及预紧力优化等方面做了如下研究:（1）基于改进Newton-Raphson算法的角接触球轴承接触参数解析方法研究。基于Hertz接触理论,建立了高速角接触球轴承拟静力学模型,针对传统Newton-Raphson算法在求解高速角接触球轴承接触参数时出现初值难以确定、不易收敛等问题,在数值求解过程中引入中间变量,减少未知量数目,进行分步求解,使非线性方程组初值选取更为明确;将迭代修正因子引入改进Newton-Raphson算法,采用遗传搜索策略优化迭代修正因子,提高了求解准确性,缩短了收敛时间;通过矩阵变换,简化了雅克比矩阵的求解过程。与传统算法相比,改进的Newton-Raphson算法更简便更高效。采用改进算法分析了滚道椭圆化、外圈倾斜度和预紧机制对高速角接触球轴承接触参数非线性变化的影响规律。（2）变工况下轴承接触状态及服役性能研究。为进一步提高轴承力学模型的预测精度和鲁棒性,根据钢球和内滚道接触、非接触状态下的受力特点构建轴承统一的力学模型,揭示径向力、预紧力和转速对和内滚道相接触的钢球数目变化的影响规律;建立轴承刚度和寿命的数学描述,探明接触状态变化下轴承动态刚度、寿命的变化规律;基于球和滚道接触的运动学特性,分析轴承摩擦生热机理,建立轴承局部摩擦生热解析方程,量化不同工况下轴承的生热量。研究结果表明,较大的径向力、较小的预紧力及过高转速使部分球和内滚道分离;随着预紧力的增加,接触球数量增加,使轴承径向刚度发生突变,轴承寿命呈现先增大后减小的趋势;预紧力和转速的增加导致轴承生热量增大。因此,合适的预紧力可以使轴承获得良好的服役性能。（3）多因素影响下轴承热力耦合建模研究。针对运行状态下轴承热、力相互耦合的特点,基于拟静力学理论,考虑离心效应和热效应建立多因素影响下定位预紧轴承的热力耦合修正模型,采用热网络模型求解轴承的温度场,实现对轴承动态参数的识别,探明轴承结构尺寸、接触参数与温升之间的耦合关系,揭示预紧力、转速等各项因素对轴承温升的影响规律。定位预紧下轴承的温升试验结果表明,提出的模型有良好的精度和可靠性,文中的方法能有效获取不同工况下轴承的温度场。（4）轴承预紧力优化研究。针对生产实际中主轴需满足低速重载、高速轻载等多工况加工需求,而主轴轴承预先设定预紧力无法满足变工况下轴承服役性能的综合需求问题,提出不同转速下以刚度、寿命、温升为约束条件的轴承预紧力优化策略。为保证不同转速下轴承的刚度、寿命和温升数据的等效性和同序性,对各类数据进行了归一化处理,采用多项式拟合和幂函数拟合方法描述轴承刚度、寿命和温升的归一化数据曲线,基于多目标优化理论,根据功效系数法建立了预紧力的优化模型,设计了可调的预紧力加载装置及轴承预紧力、温升测试平台。仿真和试验结果表明,优化后的预紧力既可满足不同转速下轴承刚度、寿命的综合要求,也保证了轴承温升变化在合适范围内。提出的方法为变工况下主轴轴承的预紧力优化提供了理论指导,为后续主轴轴承温升控制研究提供了思路,具有参考和借鉴意义。
赵国锋[2]（2021）在《涡流式边缘传感器精密调理电路的研究》文中进行了进一步梳理本文以非接触高精度位移测量为课题研究背景,重点是研究大型天文望远镜中边缘传感器的性能提升问题。详细介绍了一种涡流式边缘传感器的系统设计方案,针对边缘传感器的核心指标:分辨率、温度稳定性和长时间稳定性,给出了传感器的探头、电路和制作工艺等主要部分的设计方法,系统的分析了传感器的温度漂移并给出补偿方案。在此基础上,深入研究传感器信号处理电路,分析电路各部分对传感器核心指标的影响,提出了一种传感器电路的噪声抑制方法和一种电路温度漂移的补偿方法,分别得到了分辨率水平接近电容位移传感器的电涡流位移传感器样机和温度稳定性优异的传感器电路;探索了 一种新型的同步解调电路,有望进一步提高传感器的信噪比和降低末端输出的谐波分量,提高传感器的动态范围。最后,对设计的边缘传感器样机进行了系统测试和LAMOST小系统共焦维持实验,充分展现了传感器的实际性能。本文的主要工作和内容有:一、以电涡流效应为基础,介绍了电涡流位移传感器的基本工作原理和等效电路模型。给出了传感器的分析方法,提出以COMSOL Multiphysics有限元仿真配合MATLAB数值优化的分析方法来设计传感器的电学参数。针对电涡流传感器的热漂移等核心问题,讨论了传感器探头的设计方法和制作工艺,分析了单探头、差动探头和伪差动探头的性能差异,讨论了传感器的基本信号处理电路,指出了它们的优势和局限性,为后续传感器的设计提供系统的指导。二、根据边缘传感器的应用场景,分析了传感器的设计难点,依次给出了传感器的探头和信号处理电路的设计方案,分析了传感器的温度漂移特性并给出了相应的补偿方法。对研制的边缘传感器样机进行了系统的参数标定和性能测试,并在我国LAMOST望远镜上进行了小系统的共焦维持测试,初步验证了共焦系统的闭环稳定性,有效提高了小系统的共焦维持时间,表明研制的传感器具备优异的性能,在未来有望大幅提升望远镜的单次观测时间。三、从商业传感器和实验样机中分析了电涡流位移传感器在全量程范围内的分辨率特性,通过公式推导,给出了提高传感器分辨率的优化方向并提出了一种抑制信号源噪声的滤波方法。设计了一种以微晶玻璃为探头材料的差动式电涡流位移传感器样机,测量了传感器的噪声水平,实验结果表明传感器的分辨率提高到原来的5倍。与国内外的部分传感器样机和商业产品相比,该传感器样机具有媲美电容传感器的分辨率水平,在20μm的量程、7.2Hz的带宽下,分辨率达到了0.05nm。四、以交流电桥式的电涡流位移传感器为研究对象,分析了电桥电路中的温度漂移特性。介绍了比率测量在精密测量中的应用,指出它的设计缺陷,在此基础上提出了一种由模拟电路构成的电路温漂的补偿方法,并对补偿的原理进行了详细推导。最后设计了相应的传感器样机并进行了测试,实验结果表明,电路的温度系数由原来的243 ppm/℃减小到5 ppm/℃。五、探索了一种基于采样保持的同步解调电路。首先讨论了传统的相敏检波方法的不足,针对传感器的测量电路,提出了利用同步采样保持可以提高信号检测的性能。分析了该电路的信号传输特性,同等条件下,该电路能够为传感器的测量提供更高的信噪比和动态范围;仿真分析了电路末端输出的高次谐波被抑制到-60dB以下。最后制作了相应的电涡流传感器样机,测试了该电路的主要性能参数。
尹相茗[3]（2021）在《高速电主轴热特性分析及热误差建模研究》文中认为高速电主轴具有紧密的空间结构,导致电主轴内部产生的热量不能够及时的散发到环境中,从而电主轴内部温升加剧,使得电主轴产生热位移,进而影响加工质量。作为最为经济有效的方法,热误差补偿系统可有效的减少热误差所造成的影响,而补偿系统的性能主要取决于热误差预测模型的准确性和模型输入的温度质量,所以本文针对电主轴测温点的选取和热误差预测模型的建立进行了研究。为了获取高速电主轴内部温度的分布情况,并根据温度场的分布合理的布置温度测点。本文首先采用Solidworks软件构建电主轴的三维模型,并计算了电主轴前后轴承和直驱电机的生热率和电主轴系统的换热系数。最后基于有限元分析对电主轴进行了热特性分析,求解计算了高速电主轴的温度场。根据电主轴稳态温度场的分布情况,沿着温度变化的方向布置温度传感器,最终确定了采用10个K型热电偶和多通道数据采集仪进行温度采集,利用激光位移传感器对电主轴的轴向热位移进行数据采集,在数据采集时温度采集和热位移采集同时进行,保证了温度数据和热位移数据的同时性。基于实验所采集的温度和热位移数据,采用均值漂移算法（MS）对温度变量进行聚类分析,并与模糊C均值聚类（FCM）进行对比研究,聚类结果表明MS算法具有更强的鲁棒性,最终将10个温度变量聚类为3类,揭示了10个温度变量的内在关系,表明有些温度变量存在相似性。将温度变量聚类之后,利用灰色关联分析（GRA）计算了温度变量和热位移变量之间的灰色关联度,最终从10个温度变量中选出了3个最优温度变量,降低了温度变量的冗余,也消除了同一类相似的温度变量所带来的误差。以优化后的温度变量为依据,采用遗传算法优化的广义回归神经网络（GAGRNN）建立电主轴热误差预测模型,并与径向基函数神经网络（RBFNN）进行对比分析,结果表明GA-GRNN模型的预测精度和鲁棒性更高。
舒雨[4]（2020）在《立式加工中心Y轴进给系统热特性分析及热误差建模》文中认为数控机床是现代加工业的关键设备,其重要性越来越受到重视,其中“中国制造2025”就突出强调了高档数控机床的地位。随着数控机床向高速高精度方向发展,减小机床误差,提高其精度是一项长期而重要的研究工作。研究表明,在精密加工过程中,40%～70%的加工误差是由热变形导致的。因此,研究加工中心进给系统的热特性,对其热误差进行建模具有重要的意义。本文以立式加工中心的Y轴进给系统为研究对象,基于实验测试和数值仿真对立式加工中心Y轴进给系统的热特性进行了分析并进行热误差建模。首先搭建了 Y轴进给系统温升热误差实验平台,进行了热特性实验,获得其温度场和热误差分布情况,然后建立有限元模型对Y轴进给系统进行热特性仿真分析,最后根据实验数据建立了基于非线性数据拟合热误差模型和基于RBF神经网络的热误差模型。主要研究内容包括:（1）搭建了温升热误差测试平台,实验分析了立式加工中心Y轴进给系统的热特性。搭建了 Y轴进给系统温升热误差实验平台,对Y轴进给系统进行温升一热误差实验测试。通过热特性实验得出了 Y轴进给系统在不同位置、不同进给速度和不同环境温度情况下的温度情况和热误差情况,探究了进给速度和环境温度对Y轴进给系统的影响。该实验数据为后续的有限元仿真模型的有效性验证提供了参考,还对热误差建模补偿提供数据支持。（2）开展了基于有限元法的立式加工中心Y轴进给系统热特性分析。首先,根据传热学理论计算了系统热源发热量和热边界条件,并建立其有限元模型。其次,通过有限元仿真分析出Y轴进给系统稳态温度场和瞬态温度场分布情况,并利用该模型进行热—结构耦合分析,得到Y轴进给系统的稳态热变形分布情况。然后,通过与同工况下的实验结果进行对比,验证了有限元模型的有效性。接着,在该模型的基础上,又进一步探究进给速度和环境温度对Y轴进给系统的影响。最后,利用响应面优化法对尾端轴承座进行了尺寸结构优化,降低了其温度和热变形,改善了Y轴进给系统的热特性。（3）分别建立了基于非线性数据拟合和基于神经网络的立式加工中心Y轴进给系统的热误差模型。分别提出了基于非线性数据拟合的温升—位置—热误差模型和基于RBF神经网络的温升—位置—热误差模型,并对相应模型进行了验证。通过对两种模型的预测精度和补偿效果进行比较,基于RBF神经网络的热误差模型具有更高的热误差预测精度和更好的实际补偿效果。本研究对于分析立式加工中心进给系统热特性,减小机床热误差,提高机床精度具有重要意义。
郑金勇[5]（2020）在《超高速磨削电主轴综合性能测试系统研究》文中提出主轴部件是机床的关键部件之一,其性能的好坏直接影响到工件的加工质量,进行主轴综合性能检测,对主轴系统中存在的不足进行改进,可以使机床的整体性能得到提高,开展主轴综合性能测试研究工作也就具有重要的工程应用价值。本文以超高速磨削电主轴为研究对象,研究开发主轴回转误差、热特性和振动特性的综合性能测试系统。首先制定测试技术路线,然后搭建实验平台,并基于LabVIEW开发主轴综合性能测试系统,开展主轴综合性能实验研究。主要工作如下:1、针对超高速磨削电主轴回转误差、热特性和振动特性的综合测试问题,在分析了回转误差测试方法、分离技术和评价标准、主轴热变形机理和测试方法、以及主轴振动的特点和测试方法的基础上,制定了主轴综合性能测试技术路线。2、根据回转误差、热特性和振动特性的测量指标和精度要求,选择综合测试系统硬件的技术参数和型号,构建了由数据采集卡、电涡流传感器、热电偶、加速度传感器等构成的电主轴综合性能测试系统硬件平台。3、基于LabVIEW平台开发电主轴综合测试系统的测试分析软件,包括:回转误差测试、热特性测试、振动特性测试和人机交互界面等模块。回转误差模块可以实现误差信号的实时显示和误差分离;热特性测试模块可以实现温度数据的分窗、总窗显示和数据保存、热变形数据的实时显示和保存;振动测试模块可以实现振动信号的时域、频域和时频域分析;人机交互界面具有直观便捷的特点,能进行不同测试模块的引导。4、用开发的电主轴综合测试系统对超高速磨削实验平台的电主轴系统进行实验研究,测出极坐标下主轴的形状误差图和回转误差图、温升曲线和热变形曲线、振动信号的时域、频域和时频域特性。证明了该系统的有效性,能够实现对主轴各项性能进行检测。
李高强[6]（2020）在《一种基于GA-LSSVM的数控机床主轴热误差建模与补偿方法研究》文中认为随着现代机械制造技术的不断发展,高速精密数控机床在装备制造业中已逐渐成为主流。然而,存在很多因素影响着机床加工精度的提高,机床主轴热变形引起的加工误差就是其中的关键。研究表明,热误差在精密加工中占总误差的比例可达40%～70%。为提高精密数控机床加工精度,减少机床主轴热误差,本文利用理论推导、仿真分析及测量试验等方法对数控机床主轴热误差形成机理、热误差数学模型建立和补偿等关键技术展开研究,主要研究内容及结论如下:（1）对数控机床主轴系统的热特性进行了研究,利用ANSYS Workbench平台对数控机床主轴系统的热特性进行了分析,获得了机床主轴温度和热变形的变化规律,从而为机床热关键点的初步选择提供前期参考。（2）设计机床主轴温度和热变形数据采集实验,检验了有限元模型的可靠性。通过对测量数据分析可知:主轴热误差与主轴温度场变化趋势接近,当机床主轴达到热平衡状态后,主轴热误差也逐渐趋于平稳。随着加工时间的推移,机床主轴各部分温度不再显着提高,此时主轴热变形量也达到某一稳定值,说明温度变化与热误差之间具有很高的相关性。（3）提出模糊聚类和相关性分析方法对机床主轴在X、Y、Z向的热关键点进行优化选择,并得出主轴在三个方向的热关键点;介绍了基于遗传算法优化最小二乘支持向量机参数的热误差建模方法,并设计了变工况实验,最终建立了主轴系统在Z向的热误差GA-LSSVM模型,并验证该模型性能。（4）基于机床外部坐标系原点偏移功能,根据建立的机床主轴热误差GA-LSSVM模型,对数控机床进行热误差补偿试验,验证了模型的精确性和补偿方法的可行性。
魏弦[7]（2020）在《数控磨齿机床热误差鲁棒建模技术及补偿研究》文中研究说明齿轮的加工精度和质量直接决定齿轮传动性能。数控磨齿机床是加工高精度齿轮的关键设备,热误差是影响磨齿机加工精度的重要因素之一。热误差补偿技术以其经济高效性成为了解决机床热误差问题的主要手段。然而,不同工况下补偿模型的鲁棒性影响了该技术的工程应用,因此研究变工况下数控磨齿机床热误差鲁棒建模技术具有重要意义。本论文针对数控砂轮磨齿机床,就温测点的布置方法与建模变量的优化,机床的进给系统、工件主轴和砂轮主轴的热误差鲁棒建模技术进行了研究。主要研究工作归纳如下:（1）提出了基于测点虚拟构造法和特征提取算法的温度特征变量优化方法。将进给系统的滚珠丝杠简化为一维杆,基于热量传递原理和热弹性运动方程,分析其热变形和各测点温度之间的相关性,寻求热变形与温度之间呈线性关系的最佳测点,建立了热变形和最佳温测点的数学描述,揭示了工况差异时,最佳测点变化及鲁棒性变差的影响因素及变动规律。基于金属材料温度传递各向同性的原理,规划了进给系统温度传感器的布局策略;提出了基于线性测点虚拟构造法和特征提取算法的温度特征变量优化方法,减小了热变形与测点温度线性关系的不稳定及多元共线性对模型鲁棒性及预测精度的影响。在磨齿机上的试验验证了上述理论方法的正确性。（2）提出了基于贝叶斯网络的磨齿机进给系统热误差分类建模方法。针对变工况影响模型鲁棒性和精度的问题,以贝叶斯理论为基础,借助专家知识确定分类器的网络结构,通过后验概率分布的求解确定父、子节点间的条件概率密度,从而构建温度分类器,实现不同工况温度的分类;根据进给系统误差分离原理,采用线性和多项式拟合方法分别构建热误差和几何误差模型,通过两拟合模型的线性叠加构建误差综合模型。数控磨齿机床上的变工况试验表明,提出的方法有效改善了模型预测精度和鲁棒性,为变工况环境下的热误差鲁邦建模技术提供借鉴。（3）提出了数控磨齿机床工件主轴无温度传感器分类建模方法。针对实际加工过程中,切削液影响温度传感器的最优布测以及采用传感器信息建模时可能引起的测点间多元共线性问题,通过对数控磨齿机工件主轴的结构分析,基于电机热损耗及轴承摩擦热建立了主轴整体热量方程,根据主轴升（降）温过程的对流换热系数的差异,结合整体热量方程分别构建升（降）温初始理论模型;基于主轴几何结构解析和热变形微分方程,建立热变形初始理论模型,使用实际工况的温度和热误差信息修正上述理论模型。在磨齿机床工件主轴上的验证表明,提出的方法能有效预测升降温过程中温度及热变形的演变规律。此方法物理意义明确,为机床热误差机理分析奠定基础,在工程上具有实用价值。（4）提出了数控磨齿机床砂轮主轴数据驱动热误差建模方法。以模型控制理论为基础的传统建模方法很难避免由于工况变化导致的“鲁棒性差”和“未建模动态”等问题。基于数据驱动理论,定义热误差一般非线性系统,通过热误差离线数据确定温度和热误差的变化区间,据此定义紧格式动态线性化模型,得到数据驱动的无模型自适应控制律公式,使用加工中产生的实时数据在线修改模型,追踪热变形动态。在磨齿机床砂轮主轴的试验证明了数据驱动模型的高鲁棒性和对“未建模动态”的快速适应性。提出的方法初探了大数据在热误差建模中的应用。
刘永超[8]（2020）在《基于数字双胞胎的数控机床热特性云端系统开发》文中研究说明近年来,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。
赵朝夕[9]（2020）在《大型精密电火花成形加工机床的热态及动态特性研究》文中提出整体式涡轮盘是现代航天发动机的核心部件,通常由难加工的高温合金制成,且结构复杂。传统的机械加工方法对该类零件的加工能力较差,目前大型电火花成形加工机床已逐步成为整体式涡轮盘等大型复杂零件的主流加工装备。该类零件的特点是加工精度高、周期长,这对电火花加工机床的精度、效率和稳定性提出了更高的要求。对于中小型电火花加工机床,其热变形和振动问题与金属切削机床相比体现得较不明显,因此,人们对电火花加工机床的热态和动态特性关注也较少。然而,大型电火花加工机床的加工面积大、连续加工时间长、运动部件的质量大,主轴的热变形和振动会造成主轴头的位移和动力学特性的变化,已经成为影响加工精度和稳定性的主要原因之一,必须引起足够的重视。在热态方面,长时间大面积加工时积累的热量会导致主轴的热变形;在高速抬刀时,系统的大惯量会使主轴部件发热明显,也会降低加工精度。在动态方面,在高速抬刀运动中,尤其在使用大尺寸电极加工时,电极的液动力会造成主轴头的振动和冲击,进而改变间隙放电状态,影响加工效率和稳定性。为此,本文结合电火花加工的特点,以A2190大型牛头滑枕式精密六轴联动电火花成形加工机床为研究对象,对大型电火花成形加工机床的热态和动态特性进行研究,以提高机床的加工精度和稳定性。对放电加工的热、主轴驱动系统中元件的发热和环境温度的波动进行建模,分别探讨了以上热源对大型电火花成形加工机床温升和热变形的影响规律。研究了加工区热源,为提高机床热态特性分析的计算效率,提出了加工区的等效连续热源模型,并验证了模型的有效性。基于该等效热源模型,分析了机床长时间加工的稳态传热过程,揭示了主轴和工作台的热变形规律。研究了主轴驱动系统的温升和热变形,搭建主轴温升和热变形位移的测试系统。在机床空载情况下模拟主轴的抬刀运动,同步测量机床的温升和热变形。研究了环境温度对机床热特性的影响,从温度梯度、平均环境温度、温度波动的频率及幅值几个方面展开。研究了加工区传热模型中主要参数以及环境温度对主轴头温升的影响规律。以加工热为边界条件,提出了一种模拟电火花加工机床热平衡实验的方法。得到机床主轴和工作台的瞬态温度场、热变形和热平衡时间,并进行了实验验证。将模糊聚类分析法和相关性理论相结合,筛选出机床的热敏感点,建立了基于RBF神经网络的热变形预测模型,并应用该模型探讨了抬刀周期对主轴热变形的影响规律。基于建立的热变形预测模型,选取半闭环前馈补偿方法对机床不同工况下产生的热变形进行补偿,实现了机床热变形的控制。高速抬刀运动是造成电火花加工机床冲击和振动的重要原因。基于拉格朗日方程建立了主轴进给系统模型,并对机床的主轴立柱单独进行模态分析,为后续动力学分析奠定基础。对比了梯形速度、常数加加速度和正弦加加速度三种抬刀控制策略的运动学特性。建立了抬刀运动中主轴头瞬态载荷的数值模型,尤其是针对电极在上升和下降过程中受到工作液的吸附和挤压作用,推导了压差阻力的表达式,得到压差阻力的变化规律,并验证数值分析方法的正确性。分别建立了三种控制策略下,主轴周期性抬刀运动中进给驱动系统的动力学模型,揭示了电极的运动与主轴头惯性力和液动力之间的关系。通过实验测量电极运动过程中主轴头的位移,探究了抬刀速度对主轴振动参数的影响规律。根据放电波形的特点提出了电压电流上升沿和下降沿检测方法,实现了放电波形和击穿延时的识别和统计。基于该检测方法研究了不同抬刀速度和加工时间下的放电率和击穿延时,得出了主轴的振动对放电状态的影响规律。研究了从进入加工状态到主轴振动结束这段时间的加工间隙的流场和颗粒分布,判断抬刀运动引起的主轴低频振动能否有效排出放电间隙中的电蚀产物。最后应用主动阻尼控制法来控制主轴的振动,建立了进给驱动系统的仿真平台,并验证其有效性。
刘海宁[10]（2020）在《数控机床进给轴热误差自适应补偿技术研究》文中进行了进一步梳理机床部件因热产生变形而导致的热误差,是影响高端数控机床精度稳定性的重要因素之一。误差补偿法具有实施成本低、适用范围广等优势,是抑制机床热误差最常用的一种方法。而建立高精度、强鲁棒性的预测模型是实施误差补偿的基础。相比于机床主轴来说,进给轴的热源构成更复杂、热变形规律难以捉摸,所以建模及补偿的难度更大。对于进给轴的热误差建模来说,相比于数据驱动建模法,机理驱动建模法具有所需传感器少、鲁棒性强等优势。因此,本文基于机理驱动建模法研究一种新颖的进给轴热误差自适应补偿方法,旨在进一步增强热误差补偿的鲁棒性。主要研究工作如下:基于数值分析的进给轴热变形机理研究。进给轴的热变形是由多个热源共同激励导致的,且其产生热变形的过程中还存在非常复杂的热力耦合作用。为此,本文通过数值分析的方法,分别揭示了丝杠在不同热源单独激励下的热伸长响应过程、不同热源共同激励下的热伸长响应过程和热力耦合作用以及预拉伸处理后的丝杠的热伸长响应过程。多时变动态热源激励下的进给轴热误差建模。基于机理驱动建模法对热误差建模的难点在于,如何更准确地反映进给轴的传热升温和热变形的动态过程。为此,基于丝杠微元的瞬态传热机理分析,建立了一种多时变动态热源激励下的丝杠迭代式热误差预测模型。当边界条件确定时,将最多2个温度敏感测点采集的温度值导入到模型中,即可通过迭代计算出丝杠在任意位置、任意时刻的误差补偿量。考虑丝杠螺母副短期摩擦特性变化的热误差自适应补偿方法。所建立的热误差预测模型中,存在一个丝杠微元单次摩擦生热系数Q,它反映了丝杠螺母副的摩擦生热能力。Q通过参数辨识的方法确定之后,无法根据机床状态的变化实时做出调整。为此,建立了一种自适应调整模型,并结合传热机理驱动的热误差预测模型提出了一种新颖的进给轴热误差自适应补偿方法。该方法的自适应功能启用时,能够根据丝杠的短期摩擦特性变化,实时对Q进行自适应修正。热误差自适应补偿方法的试验验证。在立式加工中心上对所建立的多时变动态热源激励下的进给轴热误差预测模型的补偿效果进行了试验验证,并通过试验和仿真分析的方法对所提出的自适应补偿方法的自适应功能进行了验证。结果表明,该自适应补偿方法将机床进给轴误差波动范围从-25.1-0.6μm降低到了-6.80.6μm,降幅为70%。与此同时,有效解决了丝杠螺母副短期摩擦特性变化引起的热误差补偿精度降低的问题。
二、精密温度测量中传感器热特性对温度场的影响（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、精密温度测量中传感器热特性对温度场的影响（论文提纲范文）
（1）变工况预紧力下主轴轴承服役性能预测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 课题研究意义 |
| 1.3 主轴轴承动态特性、热特性及预紧力优化的国内外研究动态 |
| 1.3.1 轴承接触状态参数解析方法研究现状 |
| 1.3.2 轴承的动态特性及预紧技术研究现状 |
| 1.3.3 轴承热力耦合研究现状 |
| 1.3.4 预紧力对主轴轴承性能影响研究现状 |
| 1.3.5 最佳预紧力研究现状 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 2 基于改进 Newton-Raphson 算法的角接触球轴承接触参数解析 |
| 2.1 角接触球轴承静态接触参数计算 |
| 2.1.1 角接触球轴承的基本假设 |
| 2.1.2 无载荷下角接触球轴承的基本参数 |
| 2.1.3 初始预紧力下角接触球轴承的接触参数 |
| 2.2 高速角接触球轴承拟静力学建模 |
| 2.2.1 定位预紧下高速角接触球轴承拟静力学建模 |
| 2.2.2 定压预紧下高速角接触球轴承拟静力学建模 |
| 2.3 高速角接触球轴承接触参数解析及算法改进研究 |
| 2.3.1 高速角接触球轴承接触参数解析 |
| 2.3.2 改进的Newton-Raphson算法 |
| 2.3.3 改进算法验证 |
| 2.4 高速角接触球轴承接触参数影响因素分析 |
| 2.4.1 静态下预紧力对轴承接触参数的影响分析 |
| 2.4.2 滚道椭圆化对轴承接触参数的影响分析 |
| 2.4.3 外圈倾斜程度对轴承接触参数的影响分析 |
| 2.4.4 不同预紧机制下轴承接触参数的影响分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 变工况下轴承接触状态及服役性能研究 |
| 3.1 变工况下钢球与内滚道接触状态变化分析 |
| 3.2 基于接触状态变化的轴承动态刚度解析 |
| 3.3 基于接触状态变化的轴承寿命解析 |
| 3.4 轴承生热建模与分析 |
| 3.4.1 钢球与滚道接触的运动学分析 |
| 3.4.2 轴承生热模型 |
| 3.4.3 轴承生热量仿真分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 多因素影响下主轴轴承热力耦合研究 |
| 4.1 轴承传热方式及温度场建模 |
| 4.1.1 生热部件传热方式 |
| 4.1.2 结合面接触热阻及换热系数 |
| 4.1.3 基于热网络法的轴承温度场建模 |
| 4.2 轴承热力耦合建模 |
| 4.2.1 过盈配合引起的膨胀量 |
| 4.2.2 转速引起的离心膨胀量 |
| 4.2.3 温升引起的热膨胀 |
| 4.2.4 多因素影响下轴承的热力耦合修正模型 |
| 4.3 数值分析及试验验证 |
| 4.3.1 静态下预紧力和过盈量对轴承参数的影响分析 |
| 4.3.2 转速对轴承膨胀量的影响分析 |
| 4.3.3 热效应和离心效应对轴承接触特性的影响 |
| 4.3.4 轴承热特性仿真与测试分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于功效系数法的主轴轴承预紧力优化研究 |
| 5.1 预紧力优化的理论与方法 |
| 5.1.1 多目标优化理论 |
| 5.1.2 多目标优化问题的求解 |
| 5.1.3 功效系数法 |
| 5.2 预紧力优化模型与仿真分析 |
| 5.2.1 样本数据的归一化 |
| 5.2.2 预紧力优化模型 |
| 5.2.3 预紧力优化分析 |
| 5.3 轴承预紧力调节及温升测试试验规划与验证 |
| 5.3.1 预紧力调节系统及轴承温升测试平台 |
| 5.3.2 试验验证及分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 本研究主要结论 |
| 6.2 本研究主要创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表论文及参与科研情况 |
| A 发表的论文 |
| B 参与科研项目 |
（2）涡流式边缘传感器精密调理电路的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 非接触精密测量的应用场合 |
| 1.2.1 半导体加工 |
| 1.2.2 加速度计和陀螺仪 |
| 1.2.3 微位移平台定位 |
| 1.2.4 设备监测 |
| 1.2.5 光学望远镜的主镜拼接 |
| 1.3 非接触精密位移传感器 |
| 1.3.1 光学位移传感器 |
| 1.3.2 线性编码器 |
| 1.3.3 电容与电涡流传感器 |
| 1.4 位移传感器的性能指标 |
| 1.4.1 量程和非线性 |
| 1.4.2 分辨率与动态范围 |
| 1.4.3 温度稳定性 |
| 1.5 高精度ECDS的研究现状 |
| 1.6 本论文的研究目的和创新性 |
| 1.7 本论文的内容和结构安排 |
| 第2章 ECDS的基础理论和系统设计 |
| 2.1 ECDS的相关理论 |
| 2.1.1 电涡流效应与集肤效应 |
| 2.1.2 ECDS的工作原理 |
| 2.1.3 ECDS的基本模型 |
| 2.1.4 ECDS的分析方法 |
| 2.2 ECDS的基本信号处理电路 |
| 2.2.1 调幅与调频法 |
| 2.2.2 相位法 |
| 2.2.3 交流电桥法 |
| 2.3 ECDS的基本探头设计 |
| 2.3.1 探头的测量形式 |
| 2.3.2 探头面形对阻抗曲线的影响 |
| 2.3.3 线圈及设计工艺的选取 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 涡流式边缘传感器的系统设计 |
| 3.1 边缘传感器的设计方案和难点 |
| 3.1.1 边缘传感器的设计方案 |
| 3.1.2 参数指标和设计难点 |
| 3.2 探头的设计 |
| 3.2.1 材料的选择 |
| 3.2.2 整体结构设计 |
| 3.2.3 探头结构的热仿真分析 |
| 3.2.4 线圈和目标板的设计和制作 |
| 3.3 信号处理电路的设计 |
| 3.3.1 差动电桥 |
| 3.3.2 多通道测量系统 |
| 3.3.3 电源的噪声抑制 |
| 3.3.4 电路器件的老化处理 |
| 3.4 探头的特性分析 |
| 3.4.1 探头的阻抗特性 |
| 3.4.2 探头的热漂移特性 |
| 3.5 边缘传感器的温度补偿 |
| 3.5.1 基本的补偿思路 |
| 3.5.2 电路的补偿方法 |
| 3.5.3 探头的补偿方法 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 ECDS的噪声分析与分辨率的提高 |
| 4.1 ECDS中的噪声分析 |
| 4.1.1 差动结构的电路噪声分析 |
| 4.1.2 电路噪声的测试与结果 |
| 4.2 正弦信号的常用产生方法 |
| 4.2.1 方波滤波 |
| 4.2.2 基于移位寄存器的数字合成方法 |
| 4.2.3 直接数字合成-DDS |
| 4.3 基于LC回路的噪声抑制方法 |
| 4.3.1 正弦信号源的频谱 |
| 4.3.2 LC带通滤波器的设计 |
| 4.4 高分辨率位移传感器样机的设计和测试 |
| 4.4.1 传感器的设计与标定 |
| 4.4.2 信号源噪声对传感器的影响 |
| 4.4.3 传感器的噪声测量和微振动响应测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 ECDS中温度漂移的分析与补偿 |
| 5.1 精密位移传感器的温度漂移的介绍和分析 |
| 5.1.1 精密位移传感器的温度漂移概况 |
| 5.2 比率测量在精密测量中的应用 |
| 5.2.1 ADC中的比率测量 |
| 5.2.2 LVDT中的比率测量 |
| 5.2.3 电涡流传感器中的比率测量 |
| 5.2.4 比率测量的误差对传感器的影响 |
| 5.3 ECDS中电桥电路的温度漂移补偿 |
| 5.3.1 ECDS中电桥电路的的温度漂移分析 |
| 5.3.2 补偿通道的设计 |
| 5.3.3 电路热漂移的自校正 |
| 5.3.4 补偿的进一步优化 |
| 5.4 实验设计和结果讨论 |
| 5.4.1 测试系统的设计 |
| 5.4.2 温度漂移测试实验 |
| 5.5 实验结果的讨论与分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 基于采样保持可应用于ECDS的同步检幅电路 |
| 6.1 同步解调在弱信号检测中的作用 |
| 6.1.1 噪声与噪声带宽 |
| 6.1.2 同步解调提高检测系统的信噪比 |
| 6.2 基于采样保持的同步解调方法 |
| 6.2.1 工作原理 |
| 6.2.2 电路性能的分析 |
| 6.2.3 多通道采样保持同步解调系统的设计 |
| 6.3 实验设计与讨论 |
| 6.3.1 动态特性测试 |
| 6.3.2 谐波对比实验 |
| 6.3.3 在ECDS中的性能测试 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 边缘传感器的测试标定和共焦维持实验 |
| 7.1 边缘传感器的参数标定 |
| 7.1.1 灵敏度和非线性 |
| 7.1.2 分辨率、精度和重复性 |
| 7.1.3 温度系数的标定 |
| 7.1.4 传感器的标定结果汇总 |
| 7.2 边缘传感器的性能测试 |
| 7.2.1 温度稳定性测试 |
| 7.2.2 长时间稳定性测试 |
| 7.3 LAMOST小系统共焦维持实验 |
| 7.3.1 拼接镜共焦维持的原理 |
| 7.3.2 测试系统的建立 |
| 7.3.3 闭环系统验证 |
| 7.3.4 共焦维持测试 |
| 7.4 本章小结 |
| 第8章 总结与展望 |
| 8.1 工作总结 |
| 8.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（3）高速电主轴热特性分析及热误差建模研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源及研究意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 课题研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 温度与热位移数据采集技术研究现状 |
| 1.2.2 温度测点优化技术研究现状 |
| 1.2.3 热误差建模技术的研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 电主轴热边界条件的计算与热特性分析 |
| 2.1 电主轴的基本结构介绍 |
| 2.2 电主轴系统的生热分析与计算 |
| 2.2.1 电主轴内置电机的生热分析与计算 |
| 2.2.2 电主轴前后轴承的生热分析与计算 |
| 2.3 电主轴系统的传热分析与计算 |
| 2.3.1 电主轴传热理论分析 |
| 2.3.2 电主轴换热系数的计算 |
| 2.3.3 电主轴与冷却水套之间对流换热系数的计算 |
| 2.3.4 电主轴与压缩空气之间对流换热系数的计算 |
| 2.3.5 电主轴与周围空气之间对流换热系数的计算 |
| 2.4 高速电主轴的热特性仿真分析 |
| 2.4.1 电主轴有限元模型的建立 |
| 2.4.2 高速电主轴的热特性分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 温度与热位移数据采集及数据分析 |
| 3.1 电主轴实验平台的搭建 |
| 3.1.1 电主轴温度数据采集平台的搭建 |
| 3.1.2 电主轴热位移数据采集平台的搭建 |
| 3.2 电主轴温度与热位移数据采集实验 |
| 3.2.1 实验方案的设计与实施 |
| 3.2.2 实验数据分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 高速电主轴温度测点优化技术研究 |
| 4.1 基于均值漂移算法的温度测点聚类 |
| 4.1.1 均值漂移算法 |
| 4.1.2 聚类步骤 |
| 4.1.3 MS聚类的比较研究 |
| 4.2 基于灰色关联分析的温度测点排序 |
| 4.2.1 灰色关联分析 |
| 4.2.2 灰色关联分析温度测点排序 |
| 4.3 MS-GRA温度测点优化算法的应用 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 高速电主轴热误差建模技术研究 |
| 5.1 GA-GRNN预测模型的提出 |
| 5.2 热误差建模技术相关理论 |
| 5.2.1 RBF神经网络 |
| 5.2.2 GA-GRNN神经网络 |
| 5.3 热误差预测模型的建立与验证 |
| 5.3.1 GA-GRNN模型的建立 |
| 5.3.2 GA-GRNN模型的比较研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文及专利 |
| 致谢 |
（4）立式加工中心Y轴进给系统热特性分析及热误差建模（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 机床热特性研究现状 |
| 1.2.1 热源 |
| 1.2.2 热测量 |
| 1.2.3 热特性分析方法 |
| 1.2.4 热特性的改善 |
| 1.3 机床热误差建模研究现状 |
| 1.4 课题的主要研究内容 |
| 第二章 Y轴进给系统热特性实验与分析 |
| 2.1 立式加工中心结构及其参数 |
| 2.2 测试原理及设备 |
| 2.3 测点选择与布置 |
| 2.4 实施方案 |
| 2.5 实验结果与分析 |
| 2.5.1 温度测试结果分析 |
| 2.5.2 热误差和热伸长测试结果分析 |
| 2.5.3 热误差、温升和位置的关系 |
| 2.5.4 进给速度对热特性的影响 |
| 2.5.5 环境温度对热特性的影响 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 Y轴进给系统热特性仿真分析 |
| 3.1 Y轴进给系统的热载荷和热边界条件 |
| 3.1.1 滚动轴承发热量计算 |
| 3.1.2 丝杠螺母副发热量计算 |
| 3.1.3 热流密度和对流系数计算 |
| 3.2 Y轴进给系统的有限元建模 |
| 3.2.1 Y轴进给系统简化模型的建立 |
| 3.2.2 材料属性的设置 |
| 3.2.3 热载荷和热边界条件处理 |
| 3.2.4 网格的划分和有限元模型的创建 |
| 3.3 Y轴进给系统的温度场分析及模型验证 |
| 3.3.1 稳态温度场分析 |
| 3.3.2 瞬态温度场分析 |
| 3.3.3 Y轴进给系统热—结构耦合分析 |
| 3.3.4 有限元模型验证 |
| 3.4 进给速度和环境温度对Y轴进给系统热特性的影响 |
| 3.4.1 进给速度对热特性的影响 |
| 3.4.2 环境温度对热特性的影响 |
| 3.5 尾端轴承座结构尺寸优化 |
| 3.5.1 优化尺寸的选择 |
| 3.5.2 尺寸的灵敏度分析 |
| 3.5.3 尺寸优化设计及结果对比 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 Y轴进给系统热误差建模 |
| 4.1 基于非线性数据拟合的热误差建模 |
| 4.1.1 非线性数据拟合热误差模型的原理 |
| 4.1.2 非线性数据拟合热误差模型的实现与验证 |
| 4.2 基于径向基神经网络的热误差建模 |
| 4.2.1 RBF神经网络热误差模型原理 |
| 4.2.2 RBF神经网络热误差模型的实现 |
| 4.2.3 RBF神经网络热误差模型训练与验证 |
| 4.3 热误差补偿原理及实验验证 |
| 4.4 两种模型对比 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的论文和参与的课题 |
| 致谢 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（5）超高速磨削电主轴综合性能测试系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 高速电主轴技术发展现状 |
| 1.2.2 电主轴性能检测技术研究现状 |
| 1.3 本文研究内容及章节安排 |
| 2 主轴综合性能测试方法 |
| 2.1 主轴回转误差 |
| 2.1.1 回转误差的定义 |
| 2.1.2 回转误差测试方法 |
| 2.1.3 误差分离技术 |
| 2.1.4 回转误差评价 |
| 2.1.5 回转误差信号处理 |
| 2.2 主轴热特性 |
| 2.2.1 主轴热变形机理 |
| 2.2.2 主轴温升测试方法 |
| 2.2.3 主轴热变形测试方法 |
| 2.3 主轴振动特性 |
| 2.3.1 主轴振动特性影响因素 |
| 2.3.2 主轴振动特性测试方法 |
| 2.4 技术路线 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 主轴综合性能测试硬件平台搭建 |
| 3.1 主轴综合性能测试总体设计 |
| 3.1.1 综合测试系统整体布局 |
| 3.1.2 测试系统硬件选用原则 |
| 3.2 综合测试系统硬件设计 |
| 3.2.1 回转误差测试模块 |
| 3.2.2 主轴热特性测试 |
| 3.2.3 主轴振动特性测试 |
| 3.3 传感器固定方式 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 主轴综合测试系统软件设计 |
| 4.1 虚拟仪器技术 |
| 4.2 软件系统框架构建 |
| 4.3 人机交互界面设计 |
| 4.4 综合测试模块 |
| 4.4.1 回转误差模块 |
| 4.4.2 主轴热特性模块 |
| 4.4.3 主轴振动特性测试模块 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 主轴综合特性实验及结果分析 |
| 5.1 回转误差测试 |
| 5.1.1 回转误差实验 |
| 5.1.2 回转误差实验结果分析 |
| 5.2 主轴热特性测试 |
| 5.2.1 主轴热特性实验 |
| 5.2.2 主轴热特性实验结果分析 |
| 5.3 主轴振动特性测试 |
| 5.3.1 主轴振动特性实验 |
| 5.3.2 主轴振动特性实验结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 总结 |
| 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果 |
（6）一种基于GA-LSSVM的数控机床主轴热误差建模与补偿方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题提出的背景及研究意义 |
| 1.1.1 课题提出的背景 |
| 1.1.2 课题的研究意义 |
| 1.2 数控机床热误差补偿关键技术研究现状 |
| 1.2.1 国内研究现状 |
| 1.2.2 国外研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 数控机床主轴系统热特性分析 |
| 2.1 机床主轴系统热特性有限元分析理论基础 |
| 2.1.1 机床主轴系统热源分析 |
| 2.1.2 传热理论与计算 |
| 2.1.3 导热微分方程与主轴边界条件 |
| 2.1.4 热变形基本理论 |
| 2.2 机床主轴系统热特性有限元分析 |
| 2.2.1 机床主轴系统有限元建模 |
| 2.2.2 机床主轴热特性分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 数控机床主轴热误差实验数据采集系统设计 |
| 3.1 实验设备的选取 |
| 3.1.1 温度传感器的选择 |
| 3.1.2 位移传感器的选择 |
| 3.1.3 数据采集卡的选择 |
| 3.2 数据采集系统软件设计 |
| 3.3 实验方案 |
| 3.3.1 温度传感器布置 |
| 3.3.2 热误差实验工况设计 |
| 3.4 实验结果分析 |
| 3.4.1 测点温度数据分析 |
| 3.4.2 热变形数据分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 热关键点的确定与基于GA-LSSVM的机床主轴热误差建模 |
| 4.1 热关键点的优化选择 |
| 4.1.1 模糊聚类及相关分析法 |
| 4.1.2 热关键点的确定 |
| 4.2 基于GA-LSSVM方法的机床主轴热误差建模及预测 |
| 4.2.1 最小二乘支持向量机 |
| 4.2.2 GA-LSSVM预测模型 |
| 4.2.3 基于GA-LSSVM方法的机床主轴热误差模型的建立 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 数控机床主轴热误差补偿方法 |
| 5.1 热误差补偿策略 |
| 5.1.1 反馈中断补偿法 |
| 5.1.2 原点偏移补偿法 |
| 5.2 热误差补偿系统结构及工作流程 |
| 5.2.1 热误差补偿系统的结构框图 |
| 5.2.2 热误差补偿系统工作流程 |
| 5.3 补偿效果验证与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 6.1 本文主要工作 |
| 6.2 本文的主要创新点 |
| 6.3 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（7）数控磨齿机床热误差鲁棒建模技术及补偿研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及来源 |
| 1.2 课题研究意义 |
| 1.3 机床热误差国内外研究现状 |
| 1.3.1 温度测点布置及优化研究现状 |
| 1.3.2 工况对热误差的影响研究现状 |
| 1.3.3 热误差理论建模研究现状 |
| 1.3.4 热误差试验建模研究现状 |
| 1.3.5 数控机床热误差控制技术研究现状 |
| 1.4 课题主要研究内容及论文架构 |
| 2 测点布置及建模变量特征提取方法的研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 滚珠丝杠热变形过程理论分析 |
| 2.3 最佳测点的理论分析 |
| 2.3.1 一维最佳测点时域分析 |
| 2.3.2 一维最佳测点频域分析 |
| 2.3.3 三维最佳测点时、频域分析 |
| 2.4 一维杆最佳测点试验分析 |
| 2.5 最优温度特征变量的构建 |
| 2.5.1 构建虚拟最佳测点的可行性分析 |
| 2.5.2 基于特征提取算法的温度特征变量优化 |
| 2.6 最优温度特征变量的效果验证 |
| 2.7 温度传感器布局方法 |
| 2.8 最优温度变量模型的效果验证 |
| 2.8.1 试验系统设计 |
| 2.8.2 热误差建模试验分析 |
| 2.9 本章小结 |
| 3 数控磨齿机床进给系统热误差测量及建模 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 进给系统误差数据的采集 |
| 3.2.1 进给系统热误差测量 |
| 3.2.2 进给系统温度数据采集 |
| 3.3 误差建模方法 |
| 3.3.1 几何误差建模方法 |
| 3.3.2 热误差建模方法 |
| 3.4 贝叶斯分类 |
| 3.4.1 贝叶斯网络 |
| 3.4.2 贝叶斯网络分类器 |
| 3.5 变工况对预测精度的影响 |
| 3.5.1 变工况试验设计 |
| 3.5.2 工况变化对温度场的影响分析 |
| 3.5.3 工况变化对模型预测效果的影响分析 |
| 3.6 基于贝叶斯网络分类的综合模型 |
| 3.6.1 综合模型结构 |
| 3.6.2 贝叶斯网络分类器的构建 |
| 3.6.3 进给系统分类误差模型构建 |
| 3.7 贝叶斯网络分类综合模型预测效果分析 |
| 3.7.1 贝叶斯分类模型的预测精度 |
| 3.7.2 单一模型和贝叶斯分类模型的效果对比 |
| 3.7.3 模仿复杂工况的预测精度 |
| 3.8 本章小结 |
| 4 数控磨齿机工件主轴的无传感器热误差预测 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 模型的建立 |
| 4.2.1 温度场理论模型 |
| 4.2.2 热变形理论模型 |
| 4.2.3 温度及热变形模型修正 |
| 4.3 试验系统设计 |
| 4.3.1 试验设备 |
| 4.3.2 试验设计 |
| 4.4 效果验证 |
| 4.4.1 模型修正 |
| 4.4.2 修正前和修正后的效果验证 |
| 4.4.3 修正模型预测范围 |
| 4.4.4 基于转速分段热误差预测 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 数控磨齿机床砂轮主轴热误差数据驱动建模 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 数据驱动控制理论 |
| 5.2.1 数据驱动控制定义 |
| 5.2.2 数据驱动方法分类 |
| 5.3 无模型自适应控制算法 |
| 5.4 主轴温度和热变形测量 |
| 5.4.1 试验系统设计 |
| 5.4.2 测量原理 |
| 5.5 模型效果验证 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 基于SIEMENS840D的热误差补偿 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 SIEMENS840D热误差补偿功能及实施方法 |
| 6.2.1 SIEMENS840D补偿功能简介 |
| 6.2.2 SIEMENS840D热误差补偿实施 |
| 6.3 热误差补偿系统软硬件结构 |
| 6.4 热误差补偿效果验证 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 全文总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.1.1 本文主要研究工作 |
| 7.1.2 本文主要创新点 |
| 7.2 存在问题及研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表论文及参与科研情况 |
| A 发表的论文 |
| B 参与科研项目 |
（8）基于数字双胞胎的数控机床热特性云端系统开发（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.1.1 课题背景 |
| 1.1.2 课题研究目的与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 数控机床热特性研究现状 |
| 1.2.2 数字双胞胎技术研究现状 |
| 1.3 论文研究主要内容及方法 |
| 1.3.1 主要研究内容 |
| 1.3.2 研究方法及技术路线 |
| 第二章 数控机床主轴热特性建模分析 |
| 2.1 机床热特性相关理论 |
| 2.1.1 传热学理论 |
| 2.1.2 边界条件确立 |
| 2.2 热误差模型建模研究 |
| 2.2.1 基于SSO优化神经网络的热误差建模 |
| 2.2.2 数控机床主轴热特性数据采集实验 |
| 2.2.3 基于热成像仪的温度测点的优选 |
| 2.2.4 热误差模型预测效果验证 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 数控机床热特性云端系统开发 |
| 3.1 数控机床热特性云端系统设计 |
| 3.1.1 功能需求分析 |
| 3.1.2 系统总体设计 |
| 3.1.3 系统各功能模块设计 |
| 3.2 无线热特性采集子系统设计 |
| 3.2.1 硬件设计 |
| 3.2.2 软件设计 |
| 3.3 基于Gizvits云服务平台子系统开发 |
| 3.3.1 Gizvits云平台简介 |
| 3.3.2 基于Gizvits协议代码移植 |
| 3.4 基于Unity3D软件的服务器子系统开发 |
| 3.4.1 服务器搭建 |
| 3.4.2 基于SQL Server热特性历史数据存储与查询 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 数控机床热特性云端系统集成功能实现 |
| 4.1 数控机床热特性数字双胞胎显示 |
| 4.1.1 无线热特性数据采集 |
| 4.1.2 数控机床模型构建 |
| 4.1.3 主轴虚拟温度场和变形场的构建 |
| 4.2 热误差预测模型显示 |
| 4.3 数控机床热特性数据存储与查询 |
| 4.3.1 数控机床热特性数据存储 |
| 4.3.2 数控机床热特性数据查询 |
| 4.4 数控机床运行状态远程控制 |
| 4.4.1 基于数控系统840DSL机床运行状态控制原理 |
| 4.4.2 基于Unity3D软件的热误差控制系统开发 |
| 4.5 基于数字双胞胎的数控机床热特性云端系统测试 |
| 4.5.1 热特性数据采集、存储与查询实验验证 |
| 4.5.2 热特性双胞胎模型实验验证 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 全文总结与展望 |
| 5.1 全文工作总结 |
| 5.2 后续工作及展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（9）大型精密电火花成形加工机床的热态及动态特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 课题研究背景 |
| 1.1.3 研究的目的及意义 |
| 1.2 电火花成形加工机床的研究现状 |
| 1.2.1 电火花成形加工机床的发展趋势 |
| 1.2.2 大型电火花成形加工机床 |
| 1.3 电火花加工中热态问题的研究现状 |
| 1.4 机床温度和变形的测量方法 |
| 1.4.1 机床温度的测量方法 |
| 1.4.2 机床主轴变形的测量方法 |
| 1.5 电火花加工中动态问题的研究现状 |
| 1.5.1 电极的抬刀运动 |
| 1.5.2 抬刀运动引起主轴振动的控制方法 |
| 1.6 目前的研究中存在的问题 |
| 1.7 本文的主要研究内容 |
| 第2章 大型电火花加工机床热源分析及其对机床热变形影响的研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 机床的机械结构及主要技术参数 |
| 2.3 机床的主要热源分析及建模 |
| 2.3.1 放电加工热的计算 |
| 2.3.2 主轴传动系统中热源的计算 |
| 2.3.3 环境温度的传热模型 |
| 2.4 加工热对机床稳态温度场和热变形影响的仿真分析 |
| 2.4.1 仿真条件的设置 |
| 2.4.2 等效热源模型的建立及验证 |
| 2.4.3 机床关键部件的稳态温度场和热变形 |
| 2.5 抬刀运动引起主轴热特性变化的实验研究 |
| 2.5.1 温升和位移测试系统的搭建 |
| 2.5.2 温升及主轴热变形的仿真分析 |
| 2.5.3 温升和热变形的实验测试 |
| 2.6 环境温度对机床温升和热变形的影响研究 |
| 2.6.1 温度梯度和平均温度的测量 |
| 2.6.2 温度波动幅值和频率对热变形影响的研究 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 大型电火花加工机床瞬态热分析及热变形的预测与补偿研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 加工热和环境温度对主轴头温升影响程度的研究 |
| 3.3 瞬态温度和热变形的仿真分析与实验验证 |
| 3.3.1 机床的瞬态热分析 |
| 3.3.2 瞬态热分析的实验验证 |
| 3.3.3 机床热变形预测模型的建立策略 |
| 3.4 机床主轴热敏感点的优化研究 |
| 3.4.1 基于模糊聚类算法和相关性理论的测点优化 |
| 3.4.2 热敏感点的筛选 |
| 3.5 主轴热变形预测模型的建立与验证 |
| 3.5.1 基于RBF神经网络的预测模型 |
| 3.5.2 不同抬刀周期下的热变形预测 |
| 3.5.3 预测模型的验证 |
| 3.6 基于半闭环前馈控制的机床热变形补偿 |
| 3.6.1 机床的热变形补偿验证 |
| 3.6.2 减少电火花机床温升和热变形的建议 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 高速抬刀运动对大型电火花加工机床动态特性的影响研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 进给驱动系统的动力学建模 |
| 4.3 机床主轴立柱的振动模态分析 |
| 4.4 不同抬刀控制算法的运动学特性分析 |
| 4.4.1 加减速控制参数的设置 |
| 4.4.2 控制策略的运动学特性 |
| 4.5 主轴头瞬态载荷的计算 |
| 4.5.1 主轴头瞬态载荷数值模型的建立 |
| 4.5.2 主轴头压差阻力影响因素研究 |
| 4.5.3 不同抬刀策略对主轴头受力的影响研究 |
| 4.6 抬刀运动引起的主轴动态特性的实验研究 |
| 4.6.1 主轴的瞬时动态响应分析 |
| 4.6.2 主轴动态特性的实验验证 |
| 4.6.3 工作液的脉动对主轴振动的影响 |
| 4.6.4 不同抬刀速度下的主轴振动参数 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 大型电火花加工机床主轴振动对放电状态的影响及其实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 放电波形的特征及分类 |
| 5.2.1 实验系统及实验条件 |
| 5.2.2 放电波形分类 |
| 5.3 放电状态检测技术研究 |
| 5.3.1 放电波形的识别与统计程序设计 |
| 5.3.2 放电状态检测方法的验证 |
| 5.3.3 平均击穿延时 |
| 5.4 主轴振动对放电状态和排屑效果的影响研究 |
| 5.4.1 抬刀速度和加工时间对放电率的影响 |
| 5.4.2 抬刀速度和加工时间对击穿延时的影响 |
| 5.4.3 主轴头的振动对排屑效果的影响 |
| 5.5 主轴系统的主动阻尼控制 |
| 5.5.1 主动阻尼控制原理 |
| 5.5.2 主动阻尼控制效果的验证 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（10）数控机床进给轴热误差自适应补偿技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 课题背景及意义 |
| 1.3 课题的国内外的研究现状 |
| 1.3.1 热误差补偿技术的研究现状 |
| 1.3.2 数据驱动建模法的研究现状 |
| 1.3.3 机理驱动建模法的研究现状 |
| 1.3.4 研究现状分析 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 2 基于数值分析的进给轴热变形机理研究 |
| 2.1 三维模型的建立 |
| 2.2 边界条件的确定 |
| 2.2.1 丝杠的热源影响分析 |
| 2.2.2 计算各热源发热功率 |
| 2.2.3 丝杠与空气的对流换热系数 |
| 2.2.4 边界条件 |
| 2.3 不同热源单独激励下的丝杠稳态热特性仿真分析 |
| 2.3.1 螺母热源单独激励下的丝杠热特性仿真 |
| 2.3.2 固定端轴承座热源单独激励下的丝杠热特性仿真 |
| 2.3.3 支撑端轴承座热源单独激励下的丝杠热特性仿真 |
| 2.4 多热源同时激励下的滚珠丝杠热力耦合作用仿真分析 |
| 2.4.1 稳态仿真结果 |
| 2.4.2 瞬态仿真结果 |
| 2.4.3 预拉伸丝杠的瞬态仿真分析 |
| 2.4.4 仿真结果分析 |
| 2.5 本章小节 |
| 3 多时变动态热源激励下的进给轴热误差建模 |
| 3.1 丝杠传热基础理论 |
| 3.1.1 导热 |
| 3.1.2 对流换热 |
| 3.1.3 辐射换热 |
| 3.2 单时变热源激励下的丝杠动态热伸长响应分析 |
| 3.3 基于传热理论的丝杠动态温度场分析 |
| 3.4 多时变动态热源激励下的丝杠热误差预测模型 |
| 3.5 边界条件的确定 |
| 3.6 进给轴热特性测试试验与参数辨识 |
| 3.6.1 进给轴热特性测试试验 |
| 3.6.2 参数辨识 |
| 3.6.3 仿真结果 |
| 3.7 本章小节 |
| 4 考虑丝杠螺母副短期摩擦特性变化的热误差自适应补偿方法 |
| 4.1 丝杠微元单次摩擦生热系数Q的影响因素分析 |
| 4.1.1 丝杠螺母副摩擦生热能力的决定因素分析 |
| 4.1.2 考虑滚珠受力情况变化的总摩擦力矩模型 |
| 4.1.3 考虑润滑状态变化的总摩擦力矩模型 |
| 4.1.4 丝杠螺母副摩擦特性分析及表征参数的确定 |
| 4.2 丝杠微元单次摩擦生热系数Q的自适应调整模型 |
| 4.2.1 模型的建立 |
| 4.2.2 参数辨识方法 |
| 4.3 热误差自适应补偿功能开发 |
| 4.3.1 进给轴热误差自适应补偿模块 |
| 4.3.2 测试及建模流程 |
| 4.4 不同摩擦特性下的进给轴热特性测试试验与仿真 |
| 4.4.1 不同摩擦特性下的丝杠热特性测试试验 |
| 4.4.2 Q自适应调整模型的参数辨识及仿真 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 热误差自适应补偿方法的试验验证 |
| 5.1 热误差补偿硬件系统 |
| 5.2 热误差补偿软件系统 |
| 5.3 数控系统的通讯方法 |
| 5.4 多时变动态热源激励下的进给轴热误差预测模型的补偿效果验证 |
| 5.4.1 热误差补偿试验 |
| 5.4.2 补偿验证结果 |
| 5.5 热误差自适应补偿功能的试验与仿真验证 |
| 5.5.1 不启用自适应功能时的热误差预测精度验证 |
| 5.5.2 启用自适应功能时的热误差预测精度验证 |
| 5.5.3 自适应功能启用前后的模型预测精度对比 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 申请发明专利情况 |
| 登记软件着作权情况 |
| 致谢 |
四、精密温度测量中传感器热特性对温度场的影响（论文参考文献）
- [1]变工况预紧力下主轴轴承服役性能预测研究[D]. 贺平平. 西安理工大学, 2021
- [2]涡流式边缘传感器精密调理电路的研究[D]. 赵国锋. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [3]高速电主轴热特性分析及热误差建模研究[D]. 尹相茗. 哈尔滨理工大学, 2021(09)
- [4]立式加工中心Y轴进给系统热特性分析及热误差建模[D]. 舒雨. 山东大学, 2020(02)
- [5]超高速磨削电主轴综合性能测试系统研究[D]. 郑金勇. 河南工业大学, 2020(02)
- [6]一种基于GA-LSSVM的数控机床主轴热误差建模与补偿方法研究[D]. 李高强. 南昌大学, 2020(01)
- [7]数控磨齿机床热误差鲁棒建模技术及补偿研究[D]. 魏弦. 西安理工大学, 2020
- [8]基于数字双胞胎的数控机床热特性云端系统开发[D]. 刘永超. 电子科技大学, 2020(01)
- [9]大型精密电火花成形加工机床的热态及动态特性研究[D]. 赵朝夕. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [10]数控机床进给轴热误差自适应补偿技术研究[D]. 刘海宁. 大连理工大学, 2020(02)