[發明專利]一種從機床定位誤差中分離熱誤差的方法和系統

有效

• 申請號: 201910187530.4
• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN109884983B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 袁江;許凱;葉鈺;陶濤;邱自學
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴;丁浩秋

本發明公開了一種從機床定位誤差中分離熱誤差的方法，包括在機床傳動系統中選擇熱敏測點并監測其溫度變化，測量各個熱敏測點的定位誤差；從冷機狀態開始，來回循環測量定位誤差并記錄熱敏測點的溫度值，直至傳動系統達到熱平衡狀態；對每輪循環取相同部位的前后熱敏測點定位偏差數據去除相同測試條件下的微小誤差，得到剩余誤差；分別將不同測量循環對應的剩余誤差平均值減去冷機狀態下的值，分離得到傳動系統在不同溫升狀態下的熱誤差。該方法操作方便，數據處理快捷，可更準確、快速的實現機床絲杠傳動系統中熱誤差的分離。

技術領域

本發明屬于數控機床誤差測量、建模的應用領域，具體涉及一種從機床絲杠傳動定位誤差中分離出熱誤差的方法。

背景技術

絲杠作為機床加工過程中關鍵的傳動裝置，在工作過程中的發熱會導致機床床身和其他零部件的受熱膨脹，膨脹幅度的大小主要取決于溫度和機床部件的材料特性，而由此引發的絲杠傳動熱誤差會導致工作臺的定位誤差隨溫度的變化而變化。其中絲杠傳動的定位誤差主要包含有螺距誤差、回程誤差、形位誤差、熱誤差、測量誤差等，而測量誤差一般可以通過規范操作測量器件和重復測量對其進行避免或者減小，對于定位誤差結果影響較小，一般不予考慮。

如文獻(王維，楊建國，姚曉棟，等.數控機床幾何誤差與熱誤差綜合建模及其實時補償[J].機械工程學報，2012，48(07):165-170，179.)采用激光干涉儀對立式加工中心的移動Y軸進行定位誤差檢測，測量起點為數控機床坐標零點，每25mm取一個測量點，根據行程取17個測量點，分別測量了機床不同溫度狀態下的定位誤差，根據不同溫度的定位誤差值建立熱誤差模型。其實質是根據定位誤差的變化間接反映熱誤差的規律，即擬合數據曲線的斜率與溫度變化的關系來進行建模補償，但未對熱誤差進行提取。

文獻(劉宏偉，陳吉紅，向華.機床絲杠熱誤差的測量與補償研究[J]. 制造技術與機床，2018(03):154-156.)中采用ANSYS分析絲杠的熱變形云圖得出溫度傳感器的布置位置，根據絲杠受熱變形公式，計算出一維變溫熱誤差的微分方程，選用激光干涉儀測量絲杠在不同溫度下的伸長量，最后利用最小二乘法將絲杠的溫升和產生的熱誤差曲線進行擬合，建立熱誤差模型，但未計算出熱誤差的具體數值。

又如文獻(孫磊.數控機床主軸熱誤差動態檢測與分離研究[D].浙江大學,2013.)根據發熱會引起機床主軸結構發生熱膨脹從而導致熱偏移這一原理，利用電渦流位移傳感器來測量主軸熱偏移參數，然后在LabVIEW中調用MATLAB進行復合編程，最后將傳感器獲取的熱變形數據和溫度數據進行多元線性回歸建模和RBF神經網絡建模，建立最終的熱誤差模型。而該方法也是僅僅通過獲得熱偏移參數來反映熱誤差在不同熱源下的不同程度，并沒有計算出熱誤差的具體數值。

德國西門子公司研發的840D數控系統中具有的溫度補償功能也能用來修正熱誤差帶來的影響。通過測量定位誤差并且擬合出定位誤差在不同溫度下的誤差曲線，用誤差曲線的斜率與位置偏移量的乘積加上與溫度無關的溫度補償值，即可獲得最終的補償值，最后在插補周期內將根據溫度計算得到的補償值送入數控系統來修正軸的運動。但是此系統也未分離熱誤差數值。

又如實用新型專利(CN201720165697.7)公開了一種機床進給軸絲杠熱誤差的補償裝置，該方法利用紅外線溫度傳感器分別檢測絲杠螺母、螺母所在絲杠的位置、行程之間的絲杠等位置的溫度，將檢測到的溫度值送入進給軸熱誤差實時計算模塊，根據進給軸位置讀取模塊進而進行補償，對于熱誤差的大小僅根據測得的溫度值進行計算，并未提到熱誤差詳細的提取或計算方法。