科创中国

行业领域

高新技术改造传统产业

需求背景

热变形引起的整机误差占比较大，热误差将近占到了机床总误差的40％-70％，甚至在一些高精密仪器中达到了70％以上，说明热误差已经成为现代高精密数控机床加工误差的主要来源。对于一个三轴XYZ型立式机床来说，运用有限元的分析方法就可以仿真出机床各个部位的稳定温度和瞬时温度，但是由于建模水平、接触条件、边界条件和网格划分等参数设置对有限元的求解结果影响较大，所以可以采用红外热成像仪来掌握机床的热温度分布规律，在发热量大的部位布置温度传感器，从而收集温度实时数据。

需解决的主要技术难题

1. 热误差的复杂性：机床热误差受到多种因素的影响，包括机床的设计、制造、使用和维护过程中的各种因素。这些因素之间相互作用，使得热误差具有极大的复杂性。
2. 建模技术的准确性：建立准确的热误差模型是解决机床整机热误差问题的关键。然而，由于热误差的复杂性，建立精确的模型是一项具有挑战性的任务。
3. 温度变化的非线性：机床在工作过程中，温度变化往往呈现出非线性的特点。这使得对温度变化的预测和控制变得更加困难。
4. 能量转换的不确定性：机床工作时，能量的转换和传递过程往往存在不确定性，这使得对热误差的预测和控制更加困难。
5. 机床结构的复杂性：现代机床的结构往往非常复杂，各个部件之间的相互作用对热误差的影响也各不相同，这增加了建模的难度。
6. 实时监测和控制的困难：对机床热误差进行实时监测和控制是一项具有挑战性的任务，需要开发高效、实时的监测和控制技术。
7. 模型验证的困难：由于机床热误差的复杂性，对建立的模型进行验证往往是一项具有挑战性的任务。需要设计有效的实验方法和手段，以验证模型的准确性和可靠性。

期望实现的主要技术目标

1. 深入理解热误差产生机理：通过对机床整机的热力学特性和热误差产生机理进行深入研究，理解各部分温度场的变化如何影响机床的精度。
2. 建立精确的热误差模型：基于对热误差产生机理的理解，开发出能够精确预测机床热误差的模型。这种模型需要能够考虑机床各部分的相互影响，以及环境温度、湿度等外部因素的影响。
3. 优化机床设计和制造：通过分析和模拟，对机床的设计和制造提出优化建议，以降低热误差。例如，可以在设计阶段调整机床的结构，或在制造阶段选择更适合的材料和工艺。
4. 开发补偿算法：根据热误差模型，开发出能够对热误差进行补偿的算法，提高机床的加工精度。这种算法可以应用于数控系统中，实时调整切削参数或补偿刀具路径。
5. 提高生产效率：通过降低热误差和提高加工精度，可以提高生产效率，缩短加工周期，降低生产成本。
6. 推广应用：将研究成果推广应用到各类机床中，提高整体制造行业的加工水平。

需求解析

解析单位：“科创中国”华中科技大学智能制造专业科技服务团（华中科技大学） 解析时间：2023-11-20

王正伦

华中科技大学科协

主任

综合评价

该技术需求背景介绍和需要解决的主要技术难题分析基本合理，研发内容和期望实现的技术目标明确，通过专家联合研发基本可以实现。 需要注意把握技术需求的重要性、可行性、成本和时间等方面的综合考虑，以确定技术需求的优先级和实施方案

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