东京大学开发精准预测热变形的新技术:10微米精度实现机床热变形预测

科技   2024-11-14 13:44   日本  

东京大学的田中峻大学院生和木崎通讲师等人开发了一种新技术,能够通过机床的温度分布,以10微米(微米为百万分之一)的精度预测热变形。该技术通过在装置上贴附300个温度传感器,详细测量温度分布,成功可视化了在运转过程中热量扩散导致刀具刃口偏移的情况。传统方法中,由于数据量庞大,分析较为困难。

研究团队在三轴横型铣床上贴附了约300个温度传感器,测量了设备运转中的温度变化。采用磁铁附着和单一线缆连接的温度传感器阵列,以及涂抹中央处理器(CPU)冷却用的热传导膏,以提高测量精度。

通过温度分布,研究人员建立了热变形的预测模型。使用有限元法(FEM)进行热变形的仿真,估算刃口位移,结果误差为9.90微米。若不使用温度分布数据,则误差为31.5微米,精度提高了3倍以上。

通过数据分析方法如LASSO回归,分析温度传感器的贴附位置,可以根据预测精度推算所需的传感器数量。为达到10微米以内的误差,需要大约70个测量点。

实际应用中,机床的种类以及特定元素的选择会影响所需传感器的数量。随着测量点的增加,能估算出刃口的微米级变位,并可将结果反映到装置设计中。

未来,该技术将应用于多关节机器人等结构和热源布局不同的设备。对于工业机械,用户往往会超出制造商推荐条件进行操作,导致设备高负荷运行。若能积累不同操作状态下的热变形和磨损数据,可能通过热变形程度逆推用户的操作历史。


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