[發明專利]一種基于最近鄰空間點的數控機床主軸熱伸長預測方法

在審

• 申請號: 201810167456.5
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108490873A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 陳松;李龍邦;程淼;趙楊;陳燕
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: G05B19/401
• 分類號: G05B19/401
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所 21224
• 代理人: 張群

本發明提供一種基于最近鄰空間點的數控機床主軸熱伸長預測方法。包括以下步驟：步驟一、運用主軸溫度測點的溫升變量與主軸熱伸長的實測值構建矩陣，矩陣中有η個溫升值和一個熱伸長值，即構建幾何意義的(η+1)維空間點陣，利用空間點陣表達主軸熱伸長的預測模型；步驟二、基于多元線性回歸分析的熱伸長預測值與主軸溫度測點的溫升值作為參考空間點，用于主軸熱伸長預測的基準(η+1)維空間點；步驟三、根據參考點鄰域內最近鄰點逼近原則，在(η+1)維空間點陣的熱伸長實測值中選取并確定熱伸長的預估值。目的在于克服多元線性回歸表達式的歧義性，提高主軸熱伸長預測模型工況信息的真實性，同時簡化軸向熱伸長誤差預測模型結構。

技術領域

本發明涉及數控機床主軸熱伸長預測方法技術領域，特別涉及一種基于最近鄰空間點的數控機床主軸熱伸長預測方法。

背景技術

高檔數控機床廣泛應用于航空航天、能源、船舶、汽車制造領域，是關鍵工業裝備領域產品的加工制造“母機”。主軸作為數控機床的主動力來源，主軸精度是影響被加工零件幾何精度的重要因素。研究表明，機床運轉過程中，各部件熱變形產生的誤差約占機床總誤差的70％，其中主軸軸向熱伸長直接作用于被加工工件，嚴重影響工件的加工精度，補償法可以消除此類誤差，但是前提條件要求能夠精準預測主軸熱伸長誤差，因此建立誤差預測模型至關重要。研究主軸熱伸長誤差，關鍵點溫升與主軸熱伸長量表現為非線性關系，需要一種真實反映加工工況特征、準確預報誤差、模型表達式非歧義的建模方法，用于預估主軸熱伸長誤差，因此對數學建模有了更高要求。

發明內容

為了解決背景技術中所述問題，本發明提供一種基于最近鄰空間點的數控機床主軸熱伸長預測方法。目的在于克服多元線性回歸表達式的歧義性，提高主軸熱伸長預測模型工況信息的真實性，同時簡化軸向熱伸長誤差預測模型結構。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

一種基于最近鄰空間點的數控機床主軸熱伸長預測方法，包括以下步驟：

步驟一、運用主軸溫度測點的溫升變量與主軸熱伸長的實測值構建矩陣，矩陣中有η個溫升值和一個熱伸長值，即構建幾何意義的(η+1)維空間點陣，利用空間點陣表達主軸熱伸長的預測模型；

步驟二、基于多元線性回歸分析的熱伸長預測值與主軸溫度測點的溫升值作為參考空間點，用于主軸熱伸長預測的基準(η+1)維空間點；

步驟三、根據參考點鄰域內最近鄰點逼近原則，在(η+1)維空間點陣的熱伸長實測值中選取并確定熱伸長的預估值。

所述的步驟一具體是指：

主軸溫度測點溫升變量的數目為η，熱伸長的數目為1，則多維空間的維度為(η+1)；溫升變量矩陣W與熱伸長矩陣S可以構成溫升-熱伸長矩陣WS，WS為n×(η+1)型矩陣，n代表實際測量的樣本數目，WS即為溫升-熱伸長的(η+1)維空間點陣；

(η+1)維空間記為R^(η+1)，則R^(η+1)空間點陣為：在(η+1)維空間中，按照加工時間順序排列成一串空間點；針對矩陣WS，其R^(η+1)空間點陣為{WS}＝{WS₁,WS₂,...,WS_i,...,WS_n}，將WS的n個樣本運用R^(η+1)空間中的n個點來表達。

所述的步驟二具體是指：

利用WS矩陣的實測值，通過多元線性回歸分析，根據公式(1)計算多元線性回歸系數