[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

技術領域

本發明涉及精密加工機床技術領域，尤其是一種精密數控機床全工作臺曲面熱誤差補償方法。

背景技術

在數控機床的加工過程中，由于環境溫度、主軸旋轉、切削參數等多因素作用，數控機床存在著多熱源、溫度場復雜多變的特色，導致安裝切削刀具的主軸端部和安裝工件的工作臺相對位置的變化，此變化最終轉嫁為零件的加工誤差。通過對數控機床有限溫度點進行采樣，建立熱誤差補償模型預測出熱誤差值，并通過數控系統提前給予補償的軟件熱誤差補償控制技術是提高機床精度的一種有效而經濟的手段。

近年來，科研人員根據上述標準對建模算法和建模溫度變量的選擇進行了大量深入研究。2014年，Ali M.Abdulshahed等在期刊《Applied Mathematical Modelling》中發表“Thermal error modelling of machine tools based on ANFIS with fuzzy c-means clustering using a thermal imaging camera”一文，針對固定點主軸Z向熱誤差，利用熱成像相機對溫度進行測量，結合自適應神經模糊推理系統建立熱誤差模型。在專利號為201110001213.2的專利《用于高速精密加工的熱誤差實時補償系統及其補償方法》中，上海交通大學的楊建國等提出采用固定在工件裝夾設備上的位移傳感器所測得主軸軸向熱變形來表征主軸的熱誤差。

然而，在實際機械加工中，被加工件均具有一定的體積形狀，占據工作臺一定的空間區域。工作臺自身存在平面度誤差，工作臺上各點空間坐標存在差異，同時工作臺通過滑塊與導軌組合相聯，熱變形規律呈動態變化性，復雜多變。而現行科研人員根據國標ISO 230-3：2007實施的熱誤差補償技術，僅以工作臺某固定點Z軸方向熱誤差來替代全工作臺范圍的各點熱誤差，忽略了全工作臺范圍內的各點熱誤差的差異性對加工精度的影響，導致目前根據工作臺單點建立的熱誤差補償模型對于機床全工作臺范圍內的Z軸軸向熱誤差補償功效存在較大的不確定性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種通過對全工作臺范圍內熱誤差進行預測補償，以獲得精確的全工作臺熱誤差補償值的精密數控機床全工作臺曲面熱誤差補償方法。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：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(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。

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)