The invention provides a method for determining the lead screw preload based on thermal error and temperature rise weighting, which belongs to the field of CNC machine tool assembly. Firstly, under different pre-tightening conditions of the screw, the thermal behavior of the feed shaft under typical working conditions is tested to obtain the maximum thermal error of the screw under various pre-tightening conditions and the temperature rise of the key temperature measuring points; then, the mathematical models of the pre-tightening amount and the maximum thermal error of the screw and the temperature rise of the key temperature measuring points are established; finally, the weighting function of the maximum thermal error and the temperature rise of each temperature measuring point is taken as the objective. The function is optimized to get the optimal preload of the screw. This method considers the thermal error of the feed shaft and the temperature rise of the key points to determine the optimal pre-tightening quantity of the lead screw. It solves the problem that the current experience-based pre-tightening method is difficult to achieve the optimal effect. It can improve the processing accuracy and accuracy stability of the machine tool, and ensure the service life of the moving parts such as bearings.
【技术实现步骤摘要】
基于热误差和温升加权的丝杠预紧量确定方法
本专利技术属于数控机床装配
,具体为一种基于热误差和温升加权的丝杠预紧量确定方法。
技术介绍
在进给轴运行过程中,螺母与丝杠的摩擦会产生大量热量,该热量传递到丝杠上则会导致丝杠热伸长。若进给轴采用半闭环控制方式,丝杠热伸长就会引起该轴定位精度的变化,这种变化就是进给轴的热误差。该热误差最终会影响工件的加工精度和批量加工的精度一致性。为了减小半闭环进给轴的热误差,常用的方法是对丝杠进行预紧,即通过预紧螺母对丝杠施加轴向预紧力,使丝杠产生适量的轴向预拉伸。预紧螺母的预紧角度越大,丝杠的预拉伸量就越大。当丝杠受热时,将会先抵消丝杠由于预拉伸产生的内部应力,而不会伸长。当内部应力被完全抵消后,丝杠才会受热伸长。这样可有效减小进给轴的热误差。目前通过丝杠预紧方式减小进给轴热误差的方法存在以下不足:丝杠的预紧量一般基于经验确定且主要考虑对热误差的抑制效果,这种方式很难达到最优的效果。若丝杠预紧量偏小,则对热误差的抑制效果不够;若丝杠预紧量偏大,虽然对热误差抑制效果较好,但会造成丝杠的前后轴承温升过大,从而加速轴承的磨损,缩短使用寿命。在专利《一种数控机床进给系统滚珠丝杠预紧力的试验优化方法》(申请号:201610285987.5)中,虽然提出了以进给轴定位精度和动态特性为指标的丝杠预紧力优化方法,但没有考虑丝杠预紧力对热误差和前后轴承温升的影响,因此采用该方法得到的最优丝杠预紧力并不能满足对热误差抑制和温升控制的共同要求。
技术实现思路
本专利技术针对目前缺乏综合考虑热误差和温升的最优预紧量确定方法的现状,提出一种基于热误差 ...
【技术保护点】
1.一种基于热误差和温升加权的丝杠预紧量确定方法,首先在丝杠的不同预紧状态下,进行典型工况下的进给轴热行为试验,获取丝杠在各种预紧状态下的最大热误差和关键温度测点的温升;然后,建立丝杠预紧量分别与最大热误差和关键温度测点温升的数学模型;最后,以最大热误差和各温度测点温升的加权函数为目标函数进行优化,得出丝杠的最优预紧量;其特征在于,步骤如下:第一步,典型工况下的进给轴热行为试验将第一温度传感器(3)布置在进给系统的前轴承(2)上,第二温度传感器(7)布置在螺母(6)上,第三温度传感器(10)布置在进给系统的后轴承(11)上,第四温度传感器(9)布置在丝杠附近的床身(8)上;对机床加工工件时的运动轨迹进行分析,提取进给轴的运动信息,包括行程范围、进给速度和运行频率;在丝杠的不同预紧状态下,丝杠预紧量以预紧螺母(12)的预紧角度衡量,分别进行进给轴热行为试验:在初始热稳态时,使用激光干涉仪测试进给轴的全行程定位误差,并记录第一温度传感器(3)、第二温度传感器(7)、第三温度传感器(10)和第四温度传感器(9)的温度值;然后,让进给轴在运动信息下进行热机,运动过程中每隔一段时间测试一次全行程 ...
【技术特征摘要】
1.一种基于热误差和温升加权的丝杠预紧量确定方法,首先在丝杠的不同预紧状态下,进行典型工况下的进给轴热行为试验,获取丝杠在各种预紧状态下的最大热误差和关键温度测点的温升;然后,建立丝杠预紧量分别与最大热误差和关键温度测点温升的数学模型;最后,以最大热误差和各温度测点温升的加权函数为目标函数进行优化,得出丝杠的最优预紧量;其特征在于,步骤如下:第一步,典型工况下的进给轴热行为试验将第一温度传感器(3)布置在进给系统的前轴承(2)上,第二温度传感器(7)布置在螺母(6)上,第三温度传感器(10)布置在进给系统的后轴承(11)上,第四温度传感器(9)布置在丝杠附近的床身(8)上;对机床加工工件时的运动轨迹进行分析,提取进给轴的运动信息,包括行程范围、进给速度和运行频率;在丝杠的不同预紧状态下,丝杠预紧量以预紧螺母(12)的预紧角度衡量,分别进行进给轴热行为试验:在初始热稳态时,使用激光干涉仪测试进给轴的全行程定位误差,并记录第一温度传感器(3)、第二温度传感器(7)、第三温度传感器(10)和第四温度传感器(9)的温度值;然后,让进给轴在运动信息下进行热机,运动过程中每隔一段时间测试一次全行程定位误差,并记录各测点的温度;重复热机和测试过程,直至丝杠达到热平衡;第二步,计算进给轴的最大热误差和关键温度测点的温升基于第一步采集的热误差和温度数据,在每种预紧状态下进给轴最大热误差按式(1)计算:Emax_i=Ei(Mi,N)-Ei(1,N)(1)式中:Emax_i为采用第i种预紧量时的最大热误差,Mi为采用第i种预紧量时的定位误差测试次数,N为定位误差测试的点数,Ei(Mi,N)为采用第i种预紧...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘阔,王永青,刘海波,沈明瑞,牛蒙蒙,班仔优,
申请(专利权)人:大连理工大学,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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