数控机床进给系统全工作行程热误差补偿方法及其实施系统

摘要

本发明公开了一种数控机床进给系统全工作行程热误差补偿方法及实施系统。针对数控机床进给系统热误差是导致整机加工精度下降的主要因素，提出了一整套进给系统热误差测量、分析和补偿的技术方案。研究了典型工况下数控机床进给系统的热误差测量，热关键点辨识，热误差补偿建模和热误差在线补偿应用技术。在此基础上，构建了一个数控机床进给系统热误差在线补偿系统。以某型号高速龙门数控加工中心X向进给系统为例，分别进行热误差的测量、分析和建模补偿，补偿效果显著。本发明可用于解决数控机床进给系统的热误差补偿问题，为提高数控机床加工精度及其稳定性提供技术支持。

主权项

一种数控机床进给系统全工作行程热误差补偿方法，其特征包括：1）数据采集：利用激光位移测量仪、布置在进给系统主要热源位置处的温度传感器及温度巡检仪，按设定的时间间隔同步采集进给系统位移测点的位移和温度测点的温度数据；2）热关键点辨识：将步骤（1）采集到的进给系统位移测点的位移和温度测点的温度数据采用灰色模糊聚类分析方法，按照灰色关联度将温度测点划分为若干类，并通过计算每一类中温度测点与位移测点的热误差序列之间的灰色综合关联度，从每一类中选择出典型的温度测点，实现进给系统热关键点的辨识；所述灰色模糊聚类分析方法包括以下步骤：（1）计算按测量时间先后顺序排列的进给系统任意两个温度测点X_i与X_j的灰色综合关联度ρ_ij；（2）根据进给系统任意两个温度测点之间的灰色综合关联度ρ_ij，构造温度测点之间的相似关系矩阵R，其中R(i,j)=ρ_ij；（3）计算矩阵R的传递闭包R^*；（4）聚类，设置参数λ(0≤λ≤1)，取R^*的λ截矩阵其中，${\bar{r}}_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{c}0,r_{\mathrm{ij}}<\lambda \\ 1,r_{\mathrm{ij}}\ge \lambda \end{array}\right.---\left(5\right)$在中，当则样本x_i和x_j属于同一类；（5）热关键点辨识，计算温度测点数据序列X_i(i=1,2,…,n)与进给系统行程端点热误差序列E₁，E₂之间的灰色综合关联度ρ'_1,i，ρ'_2,i，在步骤（4）划分的温度测点每个类别中，取ρ'_1,i+ρ'_2,i值最大的一个温度测点即为热关键点；3）热误差补偿值确定：根据激光位移测量仪得到的热误差值和热关键点的温升值，采用多元线性回归构建进给系统热误差补偿模型，根据进给系统热关键点的温升值和光栅尺测量得到的进给系统位移值，计算确定出进给系统热误差补偿值；所述采用多元线性回归构建的进给系统热误差补偿模型为：$\left\{\begin{array}{cc}e=0& \left|{\mathrm{\Delta T}}_i\right|\le 1\\ e=-1*[e_1-(e_2-e_1)*\frac{l}{L}]& \left|{\mathrm{\Delta T}}_i\right|>1\\ e_1=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{c}_i{\mathrm{\Delta T}}_i+c_0;& e_2=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{d}_i{\mathrm{\Delta T}}_i+d_0\end{array}\right.---\left(7\right)$其中e——热误差补偿量；L——进给轴行程；l——补偿位置；ΔT_i——热关键点温升值；e₁——行程前端热误差预测值；e₂——行程末端热误差预测值；c_i、d_i——多元线性回归参数；4）进给系统热误差动态补偿：根据步骤3）计算确定的进给系统热误差补偿值，由中心控制器控制数控机床进给系统原点平移，对数控机床进给系统实施热误差动态补偿。