[發(fā)明專利]基于極端梯度提升的滾珠絲杠副熱變形補償系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110378898.6
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113211160B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高相勝;張子濤;王民;昝濤;高鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B23Q11/00
• 分類號: B23Q11/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王宇楊

本發(fā)明提供基于極端梯度提升的滾珠絲杠副熱變形補償系統(tǒng)及方法，涉及機電一體化技術(shù)領(lǐng)域，包括環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集滾珠絲杠副的工作溫度參數(shù)，工作溫度參數(shù)包括初始工作環(huán)境溫度T_S、滾珠絲杠螺母溫度T_n、兩端安裝的固定側(cè)絲杠軸承溫度T_f、支持側(cè)絲杠軸承溫度T_b、實時工作環(huán)境溫度T_e和滾珠絲杠軸各不同位置處溫度T_x；熱變形預(yù)測模塊，用于獲取工作溫度參數(shù)，根據(jù)工作溫度參數(shù)，得到滾珠絲杠副軸向熱變形情況，根據(jù)熱變形情況獲取誤差補償量，根據(jù)誤差補償量對滾珠絲杠副熱變形進(jìn)行補償，本發(fā)明實現(xiàn)滾珠絲桿副熱變形的精準(zhǔn)補償。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機電一體化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于極端梯度提升的滾珠絲杠副熱變形補償系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

滾珠絲杠副是目前數(shù)控機床或者傳動機構(gòu)中常用的傳動部件，其具有傳動效率高、精度高、運行穩(wěn)定等優(yōu)點。目前在精密機床加工過程中，傳動件熱變形特別是滾珠絲杠副熱變形造成的機床定位誤差是制約精密機床加工精度的重要原因，因此在進(jìn)行機床開發(fā)的同時應(yīng)著重考慮減少機床熱變形所帶來的影響。

當(dāng)前滾珠絲杠副熱誤差補償?shù)姆绞剑捎眉す飧缮鎯x、百分表等測量工具在滾珠絲杠副達(dá)到熱平衡時測量其變形量，再根據(jù)各段變形量數(shù)據(jù)求平均值進(jìn)行離線定位誤差補償。由于滾珠絲杠副螺母位置是時變的，其運動過程較為復(fù)雜，其熱變形規(guī)律也跟螺母運動相關(guān)，因此這種假設(shè)各段變形量求平均的方法就會帶來較大誤差。即使?jié)L珠絲杠副在工作時能達(dá)到熱平衡，由于滾珠絲杠副在實際工作過程中溫升是一個變化的過程，需要一定時間才可達(dá)到熱平衡，又因為自然散熱等因素，造成離線定位誤差補償只在熱平衡時可達(dá)到預(yù)期補償效果，且工作量大，效率低下。而通過閉環(huán)控制方法往往造成伺服系統(tǒng)存在多個反饋，造成伺服系統(tǒng)振蕩不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供基于極端梯度提升的滾珠絲杠副熱變形補償系統(tǒng)及方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中離線定位誤差補償只在熱平衡時可達(dá)到預(yù)期補償效果的缺陷，實現(xiàn)滾珠絲桿副熱變形的精準(zhǔn)補償。

本發(fā)明提供基于極端梯度提升的滾珠絲杠副熱變形補償系統(tǒng)，包括：

環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集滾珠絲杠副的工作溫度參數(shù)，所述工作溫度參數(shù)包括初始工作環(huán)境溫度T_S、滾珠絲杠螺母溫度T_n、兩端安裝的固定側(cè)絲杠軸承溫度T_f、支持側(cè)絲杠軸承溫度T_b、實時工作環(huán)境溫度T_e和滾珠絲杠軸各不同位置處溫度T_x；

熱變形預(yù)測模塊，用于獲取工作溫度參數(shù)，根據(jù)工作溫度參數(shù)，基于極端梯度提升算法預(yù)測得到滾珠絲杠副軸向熱變形情況，根據(jù)所述熱變形情況獲取誤差補償量，根據(jù)所述誤差補償量對滾珠絲杠副熱變形進(jìn)行補償。

根據(jù)本發(fā)明提供的基于極端梯度提升的滾珠絲杠副熱變形補償系統(tǒng)，所述環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊包括：

初始溫度采集單元，用于采集滾珠絲杠副的所述初始工作環(huán)境溫度T_S；

接觸式采集單元，用于通過接觸式采集方法采集滾珠絲杠副的所述滾珠絲杠螺母溫度T_n、所述兩端安裝的固定側(cè)絲杠軸承溫度T_f、所述支持側(cè)絲杠軸承溫度T_b和所述實時工作環(huán)境溫度T_e；

非接觸式采集單元，用于通過非接觸式采集方法采集滾珠絲杠副的所述滾珠絲杠軸各不同位置處溫度T_x。

根據(jù)本發(fā)明提供的基于極端梯度提升的滾珠絲杠副熱變形補償系統(tǒng)，滾珠絲杠軸各不同位置處溫度T_x為將滾珠絲杠軸均分為l_i段，采集滾珠絲桿軸l_i每一段上的溫度T₁-T_i。