基于光纤光栅的机床结构件热变形场测量新方法

本文主要探讨了物联网-智慧传输在精密数控机床中的应用，特别是聚焦于如何利用光纤光栅传感技术来精确测量机床结构件的热变形场。在现代制造业中，随着数控机床加工精度的提升，机床的热变形误差成为了影响加工精度的关键因素，尤其对于精密机床而言，这种误差占比显著，制约了其性能的进一步优化。 文章首先回顾了机床热变形的基本规律，强调了精确测量变形场对于误差补偿技术的重要性。传统的测量方法依赖于温度模型，但由于机床结构复杂和热源影响的不确定性，这种方法在选择测点和建立模型上存在挑战，导致补偿效果有限。为此，作者提出了基于光纤光栅应变传感器的新方法。光纤光栅因其高精度、抗干扰性强和可远程传输数据的特点，成为理想的测量工具。 文章深入解析了光纤光栅传感原理，包括Bragg光栅模型以及可能遇到的交叉敏感问题，并探讨了其在机床热变形测量系统中的适用性。针对立柱等关键部件，作者构建了一个简化模型——悬臂梁模型，通过分析变形特性，阐述了如何运用光纤光栅感知并计算出机床结构件的变形场。 实验部分是文章的核心内容，通过在悬臂梁结构上安装光纤光栅进行应变测量，通过施加不同负载测试，验证了新方法的准确性。实际应用中，作者在机床立柱上搭建了测量系统，并采用激光位移传感器作为对照，证明了基于光纤光栅传感的机床结构件变形场测量方法的有效性和实用性。 总结部分，作者总结了研究的成果，即成功开发了一种新的测量技术，可以有效解决机床热变形带来的误差问题。然而，文章也指出了一些尚待解决的问题，如如何进一步提高测量系统的稳定性和可靠性，以及如何在更多复杂的机床结构中推广这种技术。未来的研究方向可能包括改进传感器性能、优化测量算法，以及探索与其他物联网技术的集成应用，以期实现更智能、精准的机床热变形管理。