[發明專利]半閉環控制數控機床滾珠絲杠進給系統定位誤差建模方法

有效

• 申請號: 201410592025.5
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104483900B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 張俊;趙萬華;李博
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

1.半閉環控制數控機床滾珠絲杠進給系統定位誤差建模方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：建立理論模型

將由絲杠熱伸長導致的滾珠絲杠進給系統的位置偏差分解為原始幾何誤差與熱誤差，并通過多元線性回歸理論建立滾珠絲杠進給系統定位誤差預測模型；

當滾珠絲杠采用固定-自由或固定-支承安裝方式時，通過一次線性擬合把由絲杠熱伸長導致的滾珠絲杠進給系統的位置偏差分解為原始幾何誤差與熱誤差，得到滾珠絲杠進給系統定位誤差預測模型；

當滾珠絲杠采用固定-固定安裝方式時，通過二次曲線擬合把絲杠受熱伸長后進給系統的位置偏差分解為原始幾何誤差與熱誤差，得到滾珠絲杠進給系統定位誤差預測模型；

步驟二：辨識模型參數

令滾珠絲杠進給系統以某恒定進給速度從初態空運行至熱平衡態，檢測所述空運行過程中多個時刻在多個測量點滾珠絲杠進給系統的位置偏差，得到對應時刻位置偏差曲線以及各條曲線的擬合方程系數，并記錄所述空運行過程中滾珠絲杠進給系統的各溫度監測點的溫度，然后通過多元線性回歸分析識別滾珠絲杠進給系統定位誤差預測模型中的參數，建立擬合直線的斜率或二次擬合曲線的系數與溫度的關系模型，然后對對應時刻位置偏差曲線進行擬合的殘差求平均值，得到多個測量點的原始幾何誤差；并進行一元四次曲線擬合得到位置偏差中的幾何誤差部分；

當滾珠絲杠采用固定-自由或固定-支承安裝方式時，通過一次線性擬合得到如式(1)所示的滾珠絲杠進給系統定位誤差預測模型：

E(X,T)=E1(X,T)+E2(X)=E1X0(T)+tanβ(T)(X-X0)+E2(X)---(1)]]>

其中：E(X,T)表示進給系統的位置偏差，E(X,T)與螺母位置X和溫度監測點的溫度T都相關；E₂(X)是原始幾何誤差，E₂(X)只與螺母位置X相關；E₁(X,T)是熱誤差，E₁(X,T)與螺母位置X和溫度監測點的溫度T都相關；表示位置偏差的測量起始位置X₀在T溫度時的熱誤差；tanβ(T)表示T溫度時的熱補償系數；

當滾珠絲杠采用固定-固定安裝方式時，通過二次曲線擬合得到如式(2)所示的滾珠絲杠進給系統定位誤差預測模型：

E(X,T)＝E₁(X,T)+E₂(X)＝c_X(T)+b_X(T)(X-X₀)+a_X(T)(X-X₀)²+E₂(X) (2)

其中：E(X,T)表示進給系統的位置偏差，E(X,T)與螺母位置X和溫度監測點的溫度T都相關；E₂(X)是原始幾何誤差，E₂(X)只與螺母位置X相關；E₁(X,T)是熱誤差，E₁(X,T)與螺母位置X和溫度監測點的溫度T都相關；a_X(T)、b_X(T)以及c_X(T)分別表示熱誤差部分二次擬合曲線的系數，a_X(T)、b_X(T)以及c_X(T)與溫度監測點的溫度T相關，X₀是位置偏差的測量起始位置。

2.根據權利要求1所述半閉環控制數控機床滾珠絲杠進給系統定位誤差建模方法，其特征在于：所述溫度監測點為滾珠絲杠進給系統的發熱源。