[發明專利]一種基于在線測量的磨齒機熱誤差動態建模與補償方法

在審

• 申請號: 202111586582.2
• 申請日: 2021-12-21
• 公開（公告）號: CN114265365A
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 李國龍;李喆裕;徐凱;王志遠;陳孝勇;肖揚
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于在線測量的磨齒機熱誤差動態建模與補償方法，模型建立階段每個齒輪加工前，磨齒機在線測量系統執行測量運動，得到誤差數據與溫度數據，根據數據建立誤差模型；誤差補償階段每個磨齒周期第1件齒輪加工前，執行測量運動，得到首件誤差，進行測后補償；后續齒輪加工前，采集溫度數據代入誤差模型，得到模型計算值，進行模型補償；每隔固定個磨齒周期，進行模型監測，隨機一個齒輪加工前，執行測量運動，得到誤差測量值，同時，根據溫度數據與誤差模型得到模型計算值；比較誤差測量值與模型計算值，若兩者差值小于設定值，則繼續補償；否則重新進行模型建立。本發明可以提高實際工況下的磨齒機加工精度，并保持長期穩定。

技術領域

本發明屬于數控機床誤差補償領域，涉及一種基于在線測量的磨齒機熱誤差動態建模與補償方法。

技術背景

磨齒加工中，受到磨削熱、冷卻液、運動部件的摩擦熱、電機散熱等影響，機床關鍵部件溫度上升，產生熱變形，從而導致磨齒機砂輪與工件的相對位置發生改變，產生加工誤差。建立誤差模型、預測加工誤差、實施誤差補償是減小加工誤差的有效方法。然而，目前的誤差模型的建立多由機床空載下的測試數據建立的，與實際加工狀態相差較遠，導致實際應用中，補償精度不高。此外，當裝備狀態、加工工況、環境等因素發生改變時，以單次測試數據建立的誤差模型精度劇烈下降，補償模型失效，即單次測試數據建立的誤差模型不能適用于復雜的實際工況。

一個磨齒周期主要分為砂輪修整、磨削加工兩個過程。砂輪修整過程中，機床溫度明顯下降，導致之后的加工的齒輪精度下降；在磨削加工過程中，磨齒機對多件齒輪依次加工，機床溫度會明顯上升，進一步導致了齒輪加工精度的不穩定。根據齒輪加工特點，磨齒機X方向的熱誤差對齒輪關鍵精度指標M值具有明顯的影響。

申請號201510236553.1的專利中，公開了一種磨齒機工作狀態時熱誤差測量裝置及測量方法，該系統包括溫度傳感器、位移傳感器、檢棒、支架，其中溫度傳感器固定在機床發熱部件，位移傳感器通過支架固定在磨齒機主軸基座上，長度為680-720mm的檢棒固定在工作臺上，實現了在磨齒機工作狀態時的熱誤差測量。但是該發明在工作臺上固定了長達680-720mm的檢棒，需要修改齒輪夾具，過長的檢棒也妨礙了磨齒機的自動化上下料的進行。對于軸齒輪，受零件結構限制不能采用該系統。此外，該專利中的提出的誤差模型建立方法仍然是傳統的單次數據建模，并未提出動態建模方法，不能適應多變的實際工況。

發明內容

有鑒于此，本發明目的在于提供一種基于在線測量的磨齒機熱誤差動態建模與補償方法，以提高在實際加工過程中的齒輪精度，解決誤差補償模型在不同工況下易失效的問題，保證磨齒機加工精度長期穩定。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于在線測量的磨齒機熱誤差動態建模與補償方法，包括以下步驟：

1)模型建立：在模型建立階段的m個磨齒周期中，每件齒輪加工前，磨齒機在線測量系統執行測量運動，得到誤差數據；同時，溫度傳感器采集溫度數據。根據采集的誤差數據與溫度數據，建立誤差模型。

2)誤差補償：模型建立后，每個磨齒周期的第1件齒輪加工前，磨齒機在線測量系統執行測量運動得到首件誤差；根據首件誤差，對磨齒周期的第1件齒輪進行測后補償；后續齒輪加工前，溫度傳感器采集溫度數據；根據溫度數據與誤差模型，得到模型計算值，并根據誤差計算值進行模型補償。

3)模型監測：誤差補償每執行c個磨齒周期，進行一個磨齒周期的模型監測；在該周期中，隨機一件齒輪加工前磨齒機在線測量系統執行測量運動，得到該齒輪加工前的誤差測量值；同時，根據溫度數據與誤差模型得到模型計算值；將誤差測量值與模型計算值進行比較，若兩者差值小于設定值，則繼續補償；若兩者差值超過設定值，則重新進行步驟1)模型建立，對誤差模型進行重建。