[發(fā)明專利]一種數(shù)控機床主軸軸向熱誤差物理建模方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110674661.2
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113126566B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設計）人: 殷鳴;彭驥;曹利;蒲耀洲;邵圳;王玲;殷國富
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學
• 主分類號: G05B19/408
• 分類號: G05B19/408
• 代理公司: 成都樂易聯(lián)創(chuàng)專利代理有限公司 51269
• 代理人: 趙何婷

1.一種數(shù)控機床主軸軸向熱誤差物理建模方法，其特征在于，包括如下步驟：

（A）在機床上安裝溫度傳感器，所述溫度傳感器設有4個，分別為用于測量主軸溫度T_S的第一溫度傳感器、用于測量立柱上部溫度T_C1的第二溫度傳感器、用于測量立柱下部溫度T_C2的第三溫度傳感器和用于測量環(huán)境溫度T_amb的第四溫度傳感器；

（B）建立主軸僅受環(huán)境溫度變化引起的熱誤差線性子模型，如公式（Ⅰ）所示，

（Ⅰ）

公式（Ⅰ）中，δ^’_amb(t)為環(huán)境溫度變化引起的主軸軸向熱誤差，α₁為環(huán)境溫度變化引起的主軸熱變形系數(shù)，α₂為偏差項，ΔT_amb為環(huán)境溫度的變化量，L_S為主軸特征長度；

其中，所述環(huán)境溫度的變化量ΔT_amb是由第四溫度傳感器采集獲得，α₁和α₂是通過最小二乘法識別，δ_amb(t)是在機床不工作且僅有環(huán)境溫度變化的情況下采集的主軸軸向熱誤差，N為主軸軸向熱誤差δ_amb(t)的采集時間；

（C）建立主軸僅受主軸溫度變化引起的熱誤差線性子模型，如公式（Ⅱ）所示，

（Ⅱ）

公式（Ⅱ）中，δ^’_s(t)為主軸溫度變化引起的主軸軸向熱誤差，β₁為主軸自身溫度變化引起的主軸熱變形系數(shù)，β₂為偏差量，ΔT_s為主軸溫度的變化量，L_S為主軸特征長度；

其中，所述主軸溫度的變化量ΔT_s是由第一溫度傳感器采集獲得；β₁和β₂是通過最小二乘法識別，δ_s(t)為機床預熱且主軸不運行的情況下采集的主軸軸向熱誤差δ_act(t)減去環(huán)境溫度變化引起的主軸軸向熱誤差δ^’_amb(t)，即， N為主軸軸向熱誤差δ_act(t)的采集時間，δ^’_amb(t)通過公式（Ⅰ）計算獲得；

（D）建立主軸僅受立柱溫度變化引起的熱誤差非線性子模型，如公式（Ⅲ）所示，

（Ⅲ）

公式（Ⅲ）中，δ^’_c(t)為立柱溫度變化引起的主軸軸向熱誤差，H₀為立柱特征高度，H₁為立柱底部到安裝主軸位置之前的高度，Δ_u(t)為立柱上部熱變形的伸長量，Δ_d(t)為立柱下部熱變形的伸長量；

其中，Δ_u(t)和Δ_d(t)是基于溫度數(shù)據(jù)計算而得：

（Ⅳ）

公式（Ⅳ）中，Δ_u(t)為立柱上部熱變形的伸長量，η₁、η₂為立柱上部熱變形系數(shù)，η₃為立柱上部的熱誤差偏差項，L_c1為立柱上部的長度；Δ_d(t)為立柱下部熱變形的伸長量，μ₁、μ₂為立柱下部熱變形系數(shù)，μ₃為立柱下部的熱誤差偏差項，L_c2為立柱下部的長度；其中，η₁、η₂、η₃、μ₁、μ₂、μ₃是通過最小二乘法識別，N為主軸軸向熱誤差δ_z(t)的采集時間，Δ^’_u(t)和Δ^’_d(t)是在主軸運轉(zhuǎn)的情況下按照公式（Ⅴ）計算出來的，

（Ⅴ）

公式（Ⅴ）中，Δ^’_u(t)為計算的立柱上部熱變形伸長量，Δ^’_d(t)為計算的立柱上部變形的伸長量，δ_c(t)是在主軸運轉(zhuǎn)情況下采集獲得的主軸軸向熱誤差δ_z(t)減去環(huán)境溫度變化引起的主軸軸向熱誤差δ^’_amb(t)和主軸溫度變化引起的主軸軸向熱誤差δ^’_s(t)，即，δ^’_amb(t)通過公式（Ⅰ）計算獲得，δ^’_s(t)通過公式（Ⅱ）計算獲得；H₀為立柱特征高度，H₁為立柱底部到安裝主軸位置之前的高度，e_y1(t)為采集獲得的主軸一端徑向誤差，e_y2(t)為采集獲得的主軸另一端徑向誤差，L_m為主軸兩端的徑向誤差e_y1(t)和e_y2(t)采集點之間的直線距離；

（E）主軸運轉(zhuǎn)中主軸軸向熱誤是將步驟（B）~（D）建立的子模型疊加后獲得：

（Ⅵ）

公式（Ⅵ）中，δ^’_z(t)為主軸運轉(zhuǎn)中主軸軸向熱誤差，δ^’_amb(t)為環(huán)境溫度變化引起的主軸軸向熱誤差，δ^’_s(t)為主軸溫度變化引起的主軸軸向熱誤差，δ^’_c(t)為立柱溫度變化引起的主軸軸向熱誤差。