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随着制造业的不断发展,对重型数控机床的需求日益增加,同时对机床加工精度的要求也越来越高。由于重型机床尺寸较大且承载较重,在内外因素的共同作用下,机床各部件热膨胀不均现象严重,从而引起刀尖点相对工件的位置变化较大,严重影响加工精度。本文主要研究了重型数控卧车主轴系统温度场及主轴热变形误差,采取有限元法仿真与实验测试相结合的方法对比分析其热误差特性,并对实验测得数据进行温度测点优化和热误差建模,最后开发了基于西门子840D系统的补偿软件,实现对热误差的补偿并进行了实验验证。本文主要工作概括如下:1、建立重型卧车主轴系统三维模型,进行合理的结构简化、分网,在深入理解传热学定律和有限元方法的基础上分析机床热源与对流换热边界条件,通过经验及理论公式计算热源发热量和对流换热系数从而建立有限元模型,基于ANSYS-Workbench分析其温度场及变形场变化规律,并分析了主轴轴承的预紧力对主轴系统温度和热变形的影响。2、针对重型卧车结构特点,结合仿真的温度场分布设计实验检测重型卧车主轴系统温度和热误差数据,分别对机床加工状态、空载恒转速状态以及空载变转速状态进行测试,对比分析不同工况下的热误差变化规律,将实验结果与有限元仿真结果对比,验证仿真结果的正确性。3、采用模糊聚类结合偏相关分析的方法进行温度测点优化筛选,将13个温度测点优化后选出四个温度敏感点用以重型卧车主轴热误差建模,并用多元线性回归模型验证了测点优化的有效性。4、选取多元线性回归、BP及Elman神经网络分别建立热误差模型,比较了不同模型的拟合预测效果,为重型卧车热误差的补偿提供依据。同时基于MATLAB GUI开发了温度测点优化及热误差建模软件,方便建模工作开展。5、研究了以西门子840D系统自带补偿模块为接口的热误差补偿方法,采用C#语言开发一套热误差补偿软件,该软件可以无缝集成到西门子840D系统,通过采集机床敏感点的温度数据,并传送给补偿软件的预测模型从而计算得到误差补偿值,然后将补偿值传送到数控系统实施补偿。通过实验验证了该补偿方法具有较好的补偿效果。