摘要: 印制电路板（Printed Circuit Board，PCB)是搭载芯片及元器件的核心集成件，被誉为“电子工业的基石”。在PCB大批量铣削加工中，数控铣床通常采用直线电机驱动进给轴。直线电机能直接将电能转化为直线运动的机械能，省去了复杂的传动机构，十分符合高... 展开 印制电路板（Printed Circuit Board，PCB)是搭载芯片及元器件的核心集成件，被誉为“电子工业的基石”。在PCB大批量铣削加工中，数控铣床通常采用直线电机驱动进给轴。直线电机能直接将电能转化为直线运动的机械能，省去了复杂的传动机构，十分符合高精密数控机床的直驱系统应用场景。但其为了达到高效率、高精度加工的需求，在重载长时间往复运行时，会产生不可忽视的温升，易引起机床结构相互耦合下的热变形，该热变形会导致机床热误差增大，从而影响机床加工的精度，降低机床加工的稳定性。 因此，本文以金大立科技公司的R16KL型号数控PCB铣床为研究对象，针对主要负载相关的机床Y轴直驱系统出现的热误差现象进行研究，研究导致其热特性以及抑制热误差的方法。本文开展了以下几方面的研究：（1）利用电磁损耗理论与磁热耦合仿真手段对直线电机温度场分布进行分析，发现绝大部分热源在电机动子的绕组上，少部分在电机动子铁芯与附近的永磁体上；确定了直驱系统的热相关误差为定位误差与直线度误差。（2）建立了该机床Y轴直驱系统有限元模型，通过顺序热流固耦合仿真计算其不同工况下的温度场分布和结构热变形，结果表明热相关定位误差主要受电机动子与光栅尺的综合热变形影响，竖直直线度误差与滚动直线导轨在竖直方向的热伸长有关，而水平直线度误差因其温度场的对称分布，受其结构热变形影响较小。（3）搭建测量系统对不同工况下温度与误差数据进行了采集，对比验证仿真结果，发现热定位误差与竖直直线度误差会随着温升提升而增大；水平直线度误差受热误差影响较小。（4）提出两种抑制热误差方案。一是从统计数据方向出发，建立热误差预测模型。结合FCM方法、F统计量检验与灰色相关度分析对温度测量点进行筛选，将得到的热关键点作为输入，建立NARX热误差预测模型，预测热相关定位误差，发现在有负载的不同工况下，预测值与实际值的残差分别在[?0.19499, 0.25435]、[?0.0064, 0.00075]与[?0.34933, 0.23682]的区间内，为后续补偿热误差提供了关键数据支持。二是从机床设计原理出发，设计一种基于仿生蜂巢结构的分形流道，通过热流耦合分析，对比圆截面流道，发现此种流道有更好的温升抑制效果与均匀温度场的能力。 本文分析了数控铣床中直线电机的热源特性，对直驱系统整体进行了热流固耦合分析，得出其误差相关的主要热影响因子，设计实验对不同工况下的温度与误差数据进行采集，对比验证了仿真结果，通过建立基于NARX神经网络的预测模型与优化散热结构两种方案来达到了抑制热误差的效果，提升了 PCB 数控铣床的加工精度与稳定性，重载补偿效果达到99.1%以上。 收起