《重型數控工具機熱誤差監測與實時補償新方法研究》是依託武漢理工大學，由周祖德擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：重型數控工具機熱誤差監測與實時補償新方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周祖德
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
作為高端製造業的核心裝備，重型數控工具機的加工精度歷來備受學術界和產業界的關注。影響重型數控工具機精度的眾多因素中，熱誤差以其作用的顯著性、熱-力耦合的複雜性以及擾動因素的隨機性成為國際機械學科研究的熱點。本項目面向高精度重型數控工具機熱誤差監測與補償的迫切需求，針對重型工具機結構與熱源複雜、多點多場監測以及溫度隨機擾動補償困難的難題，研究（1）重型數控工具機發熱行為、零部件熱變形機理及熱誤差成因；（2）面向重型數控工具機的高精度光纖光柵溫度測量方法與分散式測量準則；（3）基於測量數據的溫度場重建方法、溫度（溫度場）-熱誤差映射關係與重型數控工具機熱誤差預報通用模型；（4）基於嵌入式技術的實時補償方法，建立一套重型數控工具機的熱誤差監測與實時補償系統，形成基於光纖光柵感測的重型工具機熱誤差監測與基於嵌入式技術的實時補償新原理和新方法。研究成果可為現代製造系統熱誤差監測與實時補償提供重要技術支撐和開闢新的有效途徑。
結題摘要
高性能的重型數控工具機是國民經濟和國防建設的基礎性和戰略性裝備。熱誤差是制約重型數控工具機加工精度的最重要因素。減小重型工具機熱誤差，提高其加工精度對我國基礎工業的發展具有重要的戰略意義與重大的經濟價值。 本項目圍繞重型數控工具機結構及傳熱機理的複雜性和現有熱誤差監測與補償手段的局限性等問題，提出了面向重型數控工具機的基於光纖光柵感測的熱誤差監測與基於嵌入式技術的熱誤差實時補償的新原理和新方法。重點研究了重型數控工具機發熱行為、零部件熱變形機理及熱誤差成因，特別是理論與實驗研究了重型數控工具機主軸在不同軸承預緊力、轉速、切削力和軸承安裝誤差的熱誤差特徵，建立了重型數控工具機大型結構件在環境溫度、內部熱源作用下的動態溫度場模型與動態熱變形模型。研發了面向重型數控工具機的光纖光柵系列感測器和多通道多物理參數大容量光纖光柵解調系統，研究了高精度光纖光柵表面溫度測量方法，提出了重型數控工具機溫度場光纖光柵分散式測量的布點最佳化策略與相關準則，建立了基於光纖光柵感測的重型數控工具機熱誤差監測系統。研究了基於光纖光柵分散式測量數據的重型數控工具機溫度場重建方法，建立了基於數據驅動的重型數控工具機熱誤差通用預測模型，包括熱誤差滯後模型，多元線性回歸模型和卷積神經網路模型。研究了基於G代碼參數嵌入式熱誤差補償的原理與方法，研發了基於嵌入式熱誤差實時補償控制器，完成了基於光纖光柵的熱誤差監測系統-基於嵌入式技術的熱誤差實時補償系統-工具機數控系統三大系統的科學集成，構建一個面向重型數控工具機的基於光纖光柵感測的熱誤差監測和基於嵌入式技術的實時補償系統。 這項研究為現代製造系統熱誤差監測與實時補償提供了重要技術支撐和開闢了新的有效途徑。研究成果對提高現代數控加工系統的精度、生產效率和可靠性具有十分重要的理論和實踐意義。
