复合机床多主轴热亲近理论及空间耦合热误差协同补偿基础技术研究

提出复合机床多主轴热亲近新概念及空间耦合热误差协同补偿新构思。试图进行多主轴热设计时，在尽量减少复合机床各主轴发热量的同时，使各主轴间的热态特性（热平衡时间，升温/降温特性）尽可能地保持一致，以减少多主轴热误差空间耦合的非线性程度。进而对多主轴空间耦合热误差采用协同补偿，在热位移补偿的同时，对各主轴的热态特性进行监控并主动保持其基本一致性，以达到较好的补偿效果。本项目旨在建立复合机床多主轴热设计与热误差补偿新方法，以期发展一套适合多主轴热误差空间耦合建模的理论方法和补偿基础技术，以满足对复合机床精度稳定性不断增长的需求,为误差补偿提供原创性的基础共性技术。.本项目的成功实施必将为复合机床多主轴热设计与热误差补偿奠定必要的理论和技术基础，对我国研发具有自主知识产权的高效、高精度的复合加工装备起到积极的推动作用。

提高效率和保证精度是复合机床急需解决的难题。复合机床多个主轴的热态特性具有不一致性，导致热变形引起的误差在空间上具有非线性和耦合特性，增大误差补偿和控制的难度。针对此问题，提出复合机床多主轴热亲近新概念，并对空间耦合热误差协同补偿方法进行研究。首先完成多主轴热亲近理论并提出热亲近度判别准则，并分别采用运行热模态分析法、自适应无味卡尔曼滤波算法和支持向量机回归方法提出机床热特征值快速辨识方法，计算主轴热平衡时间、稳态温度等热态特性参数，大大缩短热态特性试验时间。然后对主轴系统多物理耦合场热特性分析模型进行研究，提出多主轴系统热平衡实验方法。接着，设计一种基于新型树状分形流道的主轴冷却温控结构，改善散热性能。研究机床运动轴空间误差精密测试技术，分别提出基于球杆仪的旋转轴六圈法误差辨识方法、基于球杆仪的主轴热误差检测方法以及基于双路激光的机床空间误差检测方法，获得运动轴和主轴的空间误差。另外，针对复合机床多主轴系统误差的空间耦合性及非线性，分别采用指数积理论和坐标系微分运动关系建立机床空间误差模型。同时，分别采用修正加工代码、补偿工件模型以及在机测量的手段实现机床空间误差的补偿，提高加工精度。. 本项目相关成果已应用于宁波海天精工股份有限公司的小龙门数控加工中心、大型精密导轨曲面磨床等机型上，对提高机床加工精度、改进机床结构具有重要意义。