[發明專利]一種精密數控機床全工作臺曲面熱誤差補償方法

有效

• 申請號: 201610231754.7
• 申請日: 2016-04-13
• 公開（公告）號: CN105700473B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 苗恩銘;徐建國;董云飛;魏新園
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 合肥金安專利事務所34114
• 代理人: 吳娜

1.一種精密數控機床全工作臺曲面熱誤差補償方法，該方法包括下列順序的步驟：

(1)采集機床的主軸關鍵部位即溫度采集點的溫度信息，以及工作臺代表位置點即測點的Z軸坐標信息；

(2)分析研究工作臺臺面上各測點的熱變形規律Δz，運用模糊聚類與灰色關聯度相結合的方法從溫度采集點中篩選出溫度敏感點；

(3)根據采集的溫度敏感點的溫度信息和測點的熱變形信息建立全工作臺范圍內各測點的熱誤差模型；

(4)將所建立的各測點熱誤差模型通過軟件編程嵌入補償器中；

(5)將溫度采集系統實時采集的溫度敏感點的溫度值輸入補償器中，同時由熱誤差模型計算出當下該溫度時刻各測點處的預測熱變形量；

(6)對該溫度時刻各測點的預測熱變形量進行曲面建模，建立全工作臺曲面熱誤差補償模型；

(7)將坐標采集系統采集的機床實時的X/Y坐標值，輸入到補償器中，計算出機床在該坐標位置下的熱誤差補償值；

(8)將所得補償值輸入到機床，結合坐標原點偏移實現機床全工作臺范圍內Z軸軸向熱誤差實時補償；

所述步驟(6)具體是指，利用最小二乘曲面建模的算法對工作臺各溫度時刻進行曲面建模，根據公式(2)，建立全工作臺曲面熱誤差補償模型集：

Δz(x,y)＝a₀+a₁x+a₂y+a₃x²+a₄xy

+a₅y²+a₆x³+a₇x²y+a₈xy²+a₁₅y³(2)

在式(2)中，a₀,a₁,…,a₁₅為相應變量的系數估計值；x為機床加工工件時X軸坐標值；y為機床加工工件時Y軸坐標值；Δz(x,y)為主軸在工作臺上坐標為(x,y)時機床Z軸的熱誤差補償值。

2.根據權利要求1所述的精密數控機床全工作臺曲面熱誤差補償方法，其特征在于：所述步驟(1)具體是指，采用溫度采集系統對機床主軸關鍵部位即溫度采集點的溫度值進行測量，假設有m個溫度采集點，共采集n組，則得到的溫度數組為{T_i1、T_i2、…、T_im}，i＝1,2,…,n；同時使用坐標采集系統對工作臺各代表位置點即測點的Z軸坐標進行采集，假設工作臺有r個測點，同時采集n組，則采集的坐標值為{z_i1、z_i2、…、z_ir}，i＝1,2,…,n。

3.根據權利要求1所述的精密數控機床全工作臺曲面熱誤差補償方法，其特征在于：所述步驟(3)具體是指，運用多元線性回歸算法對各測點進行熱誤差建模，根據公式(1)，建立全工作臺范圍內每個測點的熱誤差模型：

Δz_i＝b₀+b₁ΔT_i1+b₂ΔT_i2+…+b_mΔT_im+e_i(i＝1,2,…,n)(1)

在式(1)中，ΔT_i1,ΔT_i2,…,ΔT_im為溫度敏感點處的溫度值增量，b₀,b₁,b₂,…,b_m為各溫度敏感點溫度變量的回歸系數估計值，Δz_i為工作臺各代表位置點即測點的坐標值增量，e_i是通過模型預測的測點坐標值增量與實際測量值Δz_i存在的偏差，也稱殘差。

4.根據權利要求2所述的精密數控機床全工作臺曲面熱誤差補償方法，其特征在于：所述r的值為大于等于10個。