数控机床进给系统热误差自适应解析模型

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2018.06.015

东北大学学报:自然科学版 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (6): 834-839.DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2018.06.015

数控机床进给系统热误差自适应解析模型

李铁军，赵春雨，张义民

(东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳110819)

收稿日期:2017-03-11 修回日期:2017-03-11 出版日期:2018-06-15 发布日期:2018-06-22
通讯作者: 李铁军
作者简介:李铁军(1978-)，男，辽宁新民人，东北大学博士研究生; 赵春雨(1963-)，男，辽宁黑山人，东北大学教授，博士生导师；张义民(1958-)，男，吉林长春人，东北大学“长江学者奖励计划”特聘教授，博士生导师.冯明杰(1971-)，男，河南禹州人，东北大学副教授; 王恩刚(1962-)，男，辽宁沈阳人，东北大学教授，博士生导师.
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51375081)； “高档数控机床与基础制造”科技重大专项(2013ZX0401-011).国家自然科学基金资助项目(51171041).

Adaptive Analytical Model of Thermal Error Prediction for the Ball Screw Feed Drive Systems in CNC Machine Tools

LI Tie-jun， ZHAO Chun-yu， ZHANG Yi-min

School of Mechanical & Automation， Northeastern University， Shenyang 110819， China.

Received:2017-03-11 Revised:2017-03-11 Online:2018-06-15 Published:2018-06-22
Contact: ZHAO Chun-yu
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摘要/Abstract

摘要： 提出了基于丝杠热源表面检测温度的滚珠丝杠热误差预测解析模型.首先，基于变量分离法推导出丝杠轴一维热传导方程的解析解.然后，将两个轴承视为固定热源，将螺母简化为连续分布的多个可移动热源，给出了各热源激励起丝杠温度分布的解析表达式，进而依据叠加原理得出了多热源作用下丝杠轴温度的预测方程.依据各热源表面测点和中心温度的有限元计算结果，确定了其温度差随进给速度和时间变化函数曲线的拟合参数，进而提出了丝杠热误差预测的解析模型.最后通过试验验证了预测模型的有效性.

关键词: 热误差, 温度, 滚珠丝杠进给系统, 数控机床, 一维热传导方程, 变量分离法

Abstract: This paper presents an analytical model of thermal error prediction for the ball screw based on temperatures measured on the surfaces of the heat sources. First， the analytical solution of one dimensional heat conduct equation for the screw shaft is derived based on the variable separation method. Consequently， the two bearings are considered to be fixed heat sources， and the nut is divided into a few of moving heat sources distributed continually. The temperature distribution formula on the screw shaft excited by each heat source is given， and the temperature distribution equation is acquired based on the superposition principle of heat sources. The curve fitting parameters of relation functions of temperature difference between the heat source center and the measured surface point are obtained using FEM calculation data. Then an analytical model is proposed to predict the thermal error distribution of the ball screw shaft on line. Finally， the effectiveness is verified by the experiments.

Key words: thermal error, temperature, ball screw feed drive system, CNC machine tool, one dimensional heat conduct equation, variable separation method

中图分类号:

TH113

李铁军，赵春雨，张义民. 数控机床进给系统热误差自适应解析模型[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(6): 834-839.

LI Tie-jun， ZHAO Chun-yu， ZHANG Yi-min. Adaptive Analytical Model of Thermal Error Prediction for the Ball Screw Feed Drive Systems in CNC Machine Tools[J]. Journal of Northeastern University Natural Science, 2018, 39(6): 834-839.

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