[發明專利]一種數控機床部件溫度實時預測方法

有效

• 申請號: 201810321840.6
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108646670B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 向華;潘成龍;周浩;周會成;楊建中;陳吉紅
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;襄陽華中科技大學先進制造工程研究院
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 張彩錦;曹葆青

本發明屬于數控機床溫度監控與預測領域，并具體公開了一種數控機床部件溫度實時預測方法，該方法包括如下步驟：實時采集數控機床的傳感器信號并進行預處理；根據預處理后的信號數據計算從t_i?1時刻到t_i時刻的由內部熱源引起的機床部件溫度變化量和由環境溫度引起的機床部件溫度變化量疊加和得到機床部件從t_i?1時刻到t_i時刻的最終溫度變化量ΔT；實時預測數控機床部件的溫度：T_i＝T_i?1+ΔT。本發明具有預測速度快、準確率高的優點，同時使用簡單方便，且不改變數控機床的機械結構、不影響數控機床的動態特性，可實現機床部件溫度的實時預測。

技術領域

本發明屬于數控機床溫度監控與預測領域，更具體地，涉及一種數控機床部件溫度實時預測方法。

背景技術

在非恒溫條件下，數控機床加工時受內部熱源和外部環境的共同作用下會產生機床機械結構熱變形，將導致加工精度降低甚至失效。大量研究表明，熱誤差是數控機床等精密加工機械的最大誤差源，占總誤差的70％左右。由于在數控機床的加工過程中無法避免內部熱源的產生和外部環境溫度的變化，因而需要對數控機床關鍵部件溫度進行監控與預測，根據其溫度變化進行相應的變形補償，以達到降低熱誤差，提高數控機床加工精度的目的。

目前對數控機床關鍵部件溫度的監控與預測，主要通過在數控機床部件上布置溫度傳感器進行溫度測量實現。溫度測量的方法可分為接觸式和非接觸式測溫法兩大類。如CN201210030064.7提供了一種通過磁性連接件固定在機床上的機床溫度測量裝置，屬于接觸式測溫法。接觸式測溫法在測量時需要將傳感器與被測機床部件充分接觸，傳感器與被測機床部件表面接觸效果直接影響到測量的精度，同時當布置大量傳感器在機床部件表面時會對被測機床部件的正常工作產生負面效果。如CN201310269361.1提供了一種伺服型機床工作部件溫度場測量機，其通過紅外測溫儀來實現機床工作部件溫度的非接觸式測量。非接觸式測溫法不需要將傳感器與被測機床部件接觸，因此不會對被測機床部件產生干擾，但是非接觸式測溫法會被被測機床部件表面狀態或測量介質的物性參數所影響，而在數控機床加工時可能產生的切削液與切屑將嚴重影響非接觸式測溫法的測量精度。

此外，CN20131048807.8提供了一種重型機床車間環境溫度解析建模方法，其通過結合時間序列分析、傅里葉級數分解方法，實時測量更新溫度數據和當前實踐信號作為輸入，實現環境溫度的實時預測，有利于解決環境溫度響應的滯后性。但該專利僅實現環境溫度的預測，并未考慮機床溫度的實時預測。CN201410088166.3提供了一種考慮環境溫度的重型機床熱誤差預測方法，該方法用于重型機床的熱變形預測，其公開的預測方法及涉及的預測公式無法適用于數控機床部件溫度的實時預測。

因此，針對現有技術的局限性，本領域的技術人員致力于開發一種簡單可靠且適合生產現場使用的數控機床部件溫度實時預測方法。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種數控機床部件溫度實時預測方法，其通過獲取數控機床的傳感器信號，分別計算內部熱源、環境溫度引起的機床部件溫度變化量，實現實時預測數控機床部件的溫度，具有預測速度快、準確率高、操作便利等優點，同時使用簡單方便，且不改變數控機床的機械結構、不影響數控機床的動態特性，可實現機床部件溫度的實時預測。

為實現上述目的，本發明提出了一種數控機床部件溫度實時預測方法，其包括如下步驟：

S1實時采集數控機床的傳感器信號，并對采集的傳感器信號進行預處理；

S2根據預處理后的信號數據計算從t_i-1時刻到t_i時刻的由內部熱源引起的機床部件溫度變化量以及從t_i-1時刻到t_i時刻的由環境溫度引起的機床部件溫度變化量

所述采用如下方式計算：