[發(fā)明專利]一種數(shù)控機床半閉環(huán)進給軸的原點熱漂移誤差測試及建模方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710311176.2
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN107168242B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉闊;劉海波;李特;王永青;賈振元;郭東明
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

1.一種數(shù)控機床半閉環(huán)進給軸的原點熱漂移誤差測試及建模方法，其特征在于，

具體步驟如下：

第一步，半閉環(huán)進給軸的原點熱漂移誤差和溫度測試

第一溫度傳感器(4)和第二溫度傳感器(6)分別布置在前軸承座(3)和絲杠附近的床身(13)上；激光干涉儀的分光鏡(7)通過磁力表座固定在工作臺(8)上，反光鏡(10)通過磁力表座固定在主軸(11)上；

在原點熱漂移誤差測試時，測試系統(tǒng)中“材料溫度補償”的溫度設(shè)置成20℃，以得到絲杠在測試環(huán)境溫度下的真實誤差值；

(a)將工作臺(8)移動到半閉環(huán)進給軸的原點位置，并在原點位置執(zhí)行“清零”操作；

(b)升溫階段：半閉環(huán)進給軸以小于30000mm/min的速度在行程范圍內(nèi)往復(fù)運動進行升溫，每隔一段時間讓工作臺(8)回到原點位置，記錄激光干涉儀的原點熱漂移誤差值以及對應(yīng)的第一溫度傳感器(4)和第二溫度傳感器(6)的溫度變量值；反復(fù)運動和測試，重復(fù)5～7次；

(c)降溫階段：半閉環(huán)進給軸停止在原點位置進行降溫，每隔一段時間記錄激光干涉儀的原點熱漂移誤差值以及對應(yīng)的第一溫度傳感器(4)和第二溫度傳感器(6)的溫度變量值；反復(fù)降溫和測試，重復(fù)4～6次；

升溫階段和降溫階段測試得到的原點熱漂移誤差值記為e_d，升溫階段和降溫階段第一溫度傳感器(4)和第二溫度傳感器(6)測試得到的溫度變量值分別記為δT_br和δT_b；

第二步，絲杠在原點位置的實時溫度預(yù)測

將行程范圍內(nèi)的絲杠(5)離散化成D段，每段長度為L；以行程范圍內(nèi)的絲杠(5)為分析對象，按如下方式建立絲杠(5)的溫度場預(yù)測模型；

式中，c為絲杠(5)的比熱容，ρ為絲杠(5)的材料密度，S為絲杠(5)的等效截面積，為在t時刻絲杠(5)L_i段的實時溫度，q_f(t)為螺母(9)在(t-Δt,t)時間段內(nèi)摩擦L_i產(chǎn)生的總熱量，q_c(t)為在(t-Δt,t)時間內(nèi)L_i段絲杠向空氣的散熱量，q_t(t)為在(t-Δt,t)時間內(nèi)L_i段絲杠沿軸向的熱傳導(dǎo)量，q為螺母(9)摩擦L_i一次產(chǎn)生的熱量，N為在(t-Δt,t)時間內(nèi)螺母(9)摩擦L_i的次數(shù)，h為對流散熱系數(shù)，S'為絲杠L_i段與空氣的換熱面積，T_f(t)為絲杠(5)周圍空氣的溫度，用床身(13)的溫度代替，λ為絲杠(5)的熱傳導(dǎo)系數(shù)；

對式(1)進行求解，得到絲杠(5)任意一段L_i的實時溫度值i＝1時，即為絲杠(5)在原點位置的實時溫度

第三步，建立半閉環(huán)進給軸的原點熱漂移誤差與關(guān)鍵溫度變量的關(guān)系模型

半閉環(huán)進給軸的原點熱漂移誤差由前軸承座(3)的溫升δT_br、原點位置的溫升和環(huán)境溫升δT_b共同引起；前軸承座(3)的溫升δT_br和原點位置的溫升導(dǎo)致工作臺(8)靠近主軸，環(huán)境溫升δT_b導(dǎo)致工作臺(8)遠(yuǎn)離主軸，且半閉環(huán)進給軸的原點熱漂移誤差與δT_br、δT_b近似呈線性相關(guān)，半閉環(huán)進給軸的原點熱漂移誤差通過式(2)計算：

式中，e_d為原點的熱漂移誤差，α,β,χ,γ為待定系數(shù)；

第四步，辨識原點熱漂移誤差模型中的參數(shù)

將第一步得到的不同時刻的原點熱漂移誤差值e_d、溫度變量值δT_br和δT_b，以及第二步得到的絲杠在原點位置的實時溫度代入式(2)，采用最小二乘法對α,β,χ,γ進行求解。