CN113126566B - 一种数控机床主轴轴向热误差物理建模方法 - Google Patents
一种数控机床主轴轴向热误差物理建模方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113126566B CN113126566B CN202110674661.2A CN202110674661A CN113126566B CN 113126566 B CN113126566 B CN 113126566B CN 202110674661 A CN202110674661 A CN 202110674661A CN 113126566 B CN113126566 B CN 113126566B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- main shaft
- temperature
- thermal error
- error
- axial thermal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 47
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 8
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 4
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/408—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by data handling or data format, e.g. reading, buffering or conversion of data
- G05B19/4086—Coordinate conversions; Other special calculations
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/35—Nc in input of data, input till input file format
- G05B2219/35356—Data handling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
- Numerical Control (AREA)
Abstract
本发明公开了一种数控机床主轴轴向热误差物理建模方法,包括如下步骤:(A)在机床上安装温度传感器,所述温度传感器包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器;(B)建立主轴仅受环境温度变化引起的热误差线性子模型;(C)建立主轴仅受主轴温度变化引起的热误差线性子模型;(D)建立主轴仅受立柱温度变化引起的热误差非线性子模型;(E)建立包含上述各误差成分的叠加模型;本发明提供的主轴轴向热误差模型考虑了机床结构参数,仅仅需要4个温度传感器,模型泛化能力强且具有物理意义,易于编程实现,为后期热误差补偿应用提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明属于数控机床热精度控制中的主轴热误差建模与补偿领域,具体涉及一种数控机床主轴轴向热误差物理建模方法。
背景技术
零件的加工精度主要由加工设备精度决定;数控机床是广泛应用于汽车、航空航天、船舶等行业中的复杂曲面零件加工的装备。为了达到更好的产品质量,这些零件对加工精度要求越来越高;因此,对数控机床的本身的精度也有更高的要求。在影响机床精度的众多因素之中,热载荷引起的机床变形,最终导致的热误差是影响机床精度稳定性最关键的因素。
在实际加工中,运转中的机床会受到内部热源和外部热源的干扰,产生非均匀的温度场;由于机床具有复杂的结构,会产生复杂的热弹性变形。各部件的热变形通过误差传播链,最终导致刀尖点与工件之间产生非期望相对位移,造成热误差。机床热误差占到机床误差的40~70%,其中主轴热误差最高达机床热误差的80%;由于主轴以及机床在轴向方向一般是不对称的,主轴轴向热误差占主轴热误差的比重很大,对机床精度影响显著,直接影响加工零件质量。因此,为了提高机床的精度,加工出符合要求的零件,急需对主轴轴向热误差展开研究。
目前,有大量的文献对主轴轴向热误差进行研究,但是存在如下问题:(1)只考虑主轴温度引起的主轴轴向热误差,忽略环境温度和立柱温度对主轴轴向热误差;(2)需要的较多的传感器,增加补偿成本并可能影响实际加工;(3)主要采用的BP神经网络方法计算主轴轴向热误差,这些方法需要的超参数多,实际应用中难以找到最优参数,很容易导致模型过拟合,最终导致泛化能力不足,影响后期补偿精度;并且这些方法只具有统计学意义,无机床结构参数,不具有物理意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数控机床主轴轴向热误差物理建模方法,该方法与数控机床结构相结合采用4个温度传感器计算主轴轴向热误差,泛化能力强,可实际应用于多种数控机床,为后期误差补偿提供技术支撑。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种数控机床主轴轴向热误差物理建模方法,包括如下步骤:
(A)在机床上安装温度传感器,所述温度传感器设有4个,分别为用于测量主轴温度TS的第一温度传感器、用于测量立柱上部温度TC1的第二温度传感器、用于测量立柱下部温度TC2的第三温度传感器和用于测量环境温度Tamb的第四温度传感器;
(B)建立主轴仅受环境温度变化引起的热误差线性子模型,如公式(Ⅰ)所示,
公式(Ⅰ)中,δ ’ amb (t)为环境温度变化引起的主轴轴向热误差,α 1 为环境温度变化引起的主轴热变形系数,α 2 为偏差项,ΔT amb 为环境温度的变化量,L S 为主轴特征长度;
其中,所述环境温度的变化量ΔT amb 是由第四温度传感器采集获得,α 1 和α 2 是通过最小二乘法识别,δ amb (t)是在机床不工作且仅有环境温度变化的情况下采集的主轴轴向热误差,N为主轴轴向热误差δ amb (t)的采集时间;
(C)建立主轴仅受主轴温度变化引起的热误差线性子模型,如公式(Ⅱ)所示,
公式(Ⅱ)中,δ ’ s (t)为主轴温度变化引起的主轴轴向热误差,β 1 为主轴自身温度变化引起的主轴热变形系数,β 2 为偏差量,ΔT s 为主轴温度的变化量,L S 为主轴特征长度;
其中,所述主轴温度的变化量ΔT s 是由第一温度传感器采集获得;β 1 和β 2 是通过最小二乘法识别,δ s (t)为机床预热且主轴不运行的情况下采集的主轴轴向热误差δ act (t)减去环境温度变化引起的主轴轴向热误差δ ’ amb (t),即,δ ’ amb (t)通过公式(Ⅰ)计算获得,N为主轴轴向热误差δ act (t)的采集时间;
(D)建立主轴仅受立柱温度变化引起的热误差非线性子模型,如公式(Ⅲ)所示,
公式(Ⅲ)中,δ ’ c (t)为立柱温度变化引起的主轴轴向热误差,H0为立柱特征高度,H1为立柱底部到安装主轴位置之前的高度,Δu(t)为立柱上部热变形的伸长量,Δd(t)为立柱下部热变形的伸长量;
其中,Δu(t)和Δd(t)是基于温度数据计算而得:
公式(Ⅳ)中,Δu(t)为立柱上部热变形的伸长量,η 1 、η 2 为立柱上部热变形系数,η 3 为立柱上部的热误差偏差项,L c1 为立柱上部的长度;Δd(t)为立柱下部热变形的伸长量,μ 1 、μ 2 为立柱下部热变形系数,μ 3 为立柱下部的热误差偏差项,L c2 为立柱下部的长度;其中,η 1 、η 2 、η 3 、μ 1 、μ 2 、μ 3 是通过最小二乘法识别,N为主轴轴向热误差δ z (t)的采集时间,Δ’ u(t)和Δ’ d(t)是在主轴运转的情况下按照公式(Ⅴ)计算出来的,
公式(Ⅴ)中,Δ’ u(t)为计算的立柱上部热变形伸长量,Δ’ d(t)为计算的立柱上部变形的伸长量,δ c (t)是在主轴运转情况下采集获得的主轴轴向热误差δ z (t)减去环境温度变化引起的主轴轴向热误差δ ’ amb (t)和主轴温度变化引起的主轴轴向热误差δ ’ s (t),即,δ ’ amb (t)通过公式(Ⅰ)计算获得,δ ’ s (t)通过公式(Ⅱ)计算获得;H0为立柱特征高度,H1为立柱底部到安装主轴位置之前的高度,e y1 (t)为采集获得的主轴一端径向误差,e y2 (t)为采集获得的主轴另一端径向误差,Lm为主轴两端的径向误差e y1 (t)和e y2 (t)采集点之间的直线距离;
(E)主轴运转中主轴轴向热误是将步骤(B)~(D)建立的子模型叠加后获得:
公式(Ⅵ)中,δ ’ z (t)为主轴运转中主轴轴向热误差,δ ’ amb (t)为环境温度变化引起的主轴轴向热误差,δ ’ s (t)为主轴温度变化引起的主轴轴向热误差,δ ’ c (t)为立柱温度变化引起的主轴轴向热误差。
进一步地,建模过程中,在所述机床主轴上安装有3个位移传感器,分别为安装在主轴上用于测量轴向位移的第一位移传感器、安装在主轴一端径向上用于测量径向位移的第二位移传感器、以及安装在主轴另一端径向上用于测量径向位移的第三位移传感器。
进一步地,步骤(B)所述δ amb (t)是在机床不工作且仅有环境温度变化的情况下第一位移传感器采集获得的主轴轴向热误差。
进一步地,步骤(C)所述主轴轴向热误差δ act (t)是在机床预热且主轴不运行的情况下第一位移传感器采集获得的主轴轴向热误差。
进一步地,所述主轴轴向热误差δ z (t)是在主轴运转的情况下第一位移传感器采集获得的主轴轴向热误差。
进一步地,所述e y1 (t)为第二位移传感器采集获得的主轴径向误差,e y2 (t)为第三位移传感器采集获得的主轴径向误差。
本发明具有如下有益效果:
(1)结合机床结构参数,将环境温度、立柱温度和主轴温度等温度变化均考虑在内,使得本方法具有物理意义;
(2)本发明在建模过程中考虑到随着电机工作时间越久,对立柱产生的温度越高等因素,以及立柱温度对主轴径向热误差的影响,建立了立柱温度与主轴轴线热误差之间非线性关系;更能准确反映机床的非线性热态特性;
(3)在实际应用中,本发明仅需要4个温度传感器即可实现对主轴轴向热误差的了解,使得安装方便,更具有实际应用意义,适合广泛推广;
(4)模型鲁棒性、泛化能力强、步骤简单、易于通过编程嵌入绝大多数新老旧数控机床中,方便实现后期补偿。
附图说明
图1为本发明的温度传感器安装位置示意图(图中未画出温度传感器)。
图2为本发明的位移传感器安装示意图。
图3为本发明的立柱简化后状态一的示意图;其中,(a)为立柱下部变形的伸长量大于立柱上部变形的伸长量的状态图;(b)为立柱下部变形的伸长量等于立柱上部变形的伸长量的状态图;(c)为立柱下部变形的伸长量小于立柱上部变形的伸长量的状态图。
图4为本发明的方法与现有技术对同一机床实验验证的预测结果。
图5为本发明的方法与现有技术对同一机床实验验证的残差对比图。
图中标记:1、主轴;2、立柱;11、第一温度传感器的安装位置;12、第二温度传感器的安装位置;13、第三温度传感器的安装位置;21、第一位移传感器;22、第二位移传感器;23、第三位移传感器。
具体实施方式
本实施例提供的一种数控机床主轴轴向热误差物理建模方法包括如下步骤:
(A)在机床上安装温度传感器,所述温度传感器包括4个,分别为用于测量主轴1温度TS的第一温度传感器、用于测量立柱2上部温度TC1的第二温度传感器、用于测量立柱2下部温度TC2的第三温度传感器和用于测量环境温度Tamb的第四温度传感器,如图1所示,第一温度传感器的安装位置11,第二温度传感器的安装位置12,第三温度传感器的安装位置13,第四温度传感器安装的安装在机床附近的固定物上,如墙体上或者柜体上等;在建模过程中还需要实际测量主轴1轴线热误差和两端的径向热误差,因此在所述主轴1轴向端部安装有第一位移传感器21、主轴1沿长度方向的两端径向上分别安装有第二位移传感器22和第三位移传感器23,如图2所示,需要说明是,位移传感器仅在建模构成中使用,建模完成后实际应用不需要位移传感器。
(B)当环境温度作为单一热源时,即只有环境温度变化机床不工作,主轴1轴向热误差与环境温度变化呈正线性关系,因此,建立主轴1仅受环境温度变化引起的热误差线性子模型如公式(Ⅰ)所示,
公式(Ⅰ)中,δ ’ amb (t)为环境温度变化引起的主轴轴向热误差,α 1 为环境温度变化引起的主轴热变形系数,α 2 为偏差项,ΔT amb 为环境温度的变化量,L S 为主轴特征长度;
其中,所述环境温度的变化量ΔT amb 是由第四温度传感器采集获得,α 1 和α 2 是通过最小二乘法识别;δ amb (t)为在只有环境温度变化机床不工作情况下第一位移传感器采集获得数据,N为第一位移传感器在只有环境温度变化机床不工作情况下采集数据的时间。
(C)当主轴1温度作为单一热源时,主轴1轴向热误差与主轴1温度变化也应该呈正线性关系,因此,建立主轴1仅受主轴温度变化引起的热误差线性子模型,如公式(Ⅱ)所示,
公式(Ⅱ)中,δ ’ s (t)为主轴温度变化引起的主轴轴向热误差,β 1 为主轴温度变化引起的主轴变形系数,β 2 为偏差量,ΔT s 为主轴温度的变化量,L S 为主轴特征长度;
其中,所述主轴温度的变化量ΔT s 是由第一温度传感器采集获得;β 1 和β 2 是通过最小二乘法识别;δ s (t)具体为在机床预热且主轴不运行的情况下第一位移传感器采集获得的主轴轴向热误差δ act (t)减去环境温度变化引起的主轴轴向热误差δ ’ amb (t),即;N为第一位移传感器在机床预热且主轴不运行的情况下采集主轴轴向热误差δ act (t)的时间,δ ’ amb (t)是通过公式(Ⅰ)计算而得。
(D)当主轴1运转过程中,主轴电机损失能量通过热对流与热传导加热立柱2,导致立柱2产生温度梯度,立柱2上部和下部均产生热变形,且上下部的热变形的方向与位移长度可能都不相同,因此立柱的热变形包括四种状态,状态一为上下部热变形均为正向变形,如图3所示,状态二为上下部变形均为负向变形,状态三为上部热变形为正向变形,下部热变形为负向变形,状态四为上部热变形为负向变形,下部热变形为正向变形,因此,本实施例建立的主轴仅受立柱温度变化引起的热误差非线性子模型,如公式(Ⅲ)所示,
公式(Ⅲ)中,δ ’ c (t)为立柱温度变化引起的主轴轴向热误差,H0为立柱特征高度,H1为立柱底部到安装主轴位置之前的高度,Δu(t)为立柱上部热变形的伸长量,Δd(t)为立柱下部热变形的伸长量;
其中,Δu(t)和Δd(t)是基于温度数据计算而得:
公式(Ⅳ)中,Δu(t)为立柱上部热变形的伸长量,η 1 、η 2 为立柱上部热变形系数,η 3 立柱上部的热误差偏差项,L c1 为立柱上部的长度;Δd(t)为立柱下部热变形的伸长量,μ 1 、μ 2 为立柱下部热变形系数,μ 3 立柱下部的热误差偏差项,L c2 为立柱下部的长度;其中,η 1 、η 2 、η 3 、μ 1 、μ 2 、μ 3 模型参数是通过最小二乘法识别,N为第一位移传感器在主轴运转的情况下采集获得的主轴轴向热误差δ z (t)的时间,Δ’ u(t)和Δ’ d(t)是在主轴运转的情况下按照公式(Ⅴ)计算出来的。
本实施例将立柱2简化后状态一的热变形示意图如图3所示,立柱2的热变形会使主轴的径向产生位移,从图中可知:立柱2热变形产生的弯曲角度θ与Δ’ u(t)和Δ’ d(t)以及主轴的径向位移相关;
其中,弯曲角度θ与主轴的径向位移关系如下:
弯曲角度θ与Δ’ u(t)和Δ’ d(t)的关系如下:
立柱热变形导致的主轴轴向热误差δ c (t)与Δ’ u(t)和Δ’ d(t)的关系如下:
联立公式(Ⅶ)、(Ⅷ)和(Ⅸ),求解出立柱热变形的计算模型如下:
公式(Ⅴ)中,Δ’ u(t)为计算的立柱上部变形的伸长量,Δ’ d(t)为计算的立柱上部变形的伸长量,δ c (t)由主轴运转的情况下第一位移传感器采集获得的主轴轴向热误差δ z (t)减去环境温度变化引起的主轴轴向热误差δ ’ amb (t)和主轴温度变化引起的主轴轴向热误差δ ’ s (t),即;H0为立柱特征高度,H1为立柱底部到安装主轴位置之前的高度,e y1 (t)为第二位移传感器采集获得的主轴径向误差,e y2 (t)为第三位移传感器采集获得的主轴径向误差,Lm为主轴两端的径向误差e y1 (t)和e y2 (t)采集点之间的直线距离。
(E)主轴运转中主轴轴向热误是将步骤(B)~(D)建立的子模型叠加后获得:
公式(Ⅵ)中,δ ’ z (t)为机床工作中主轴轴向热误差,δ ’ amb (t)为环境温度变化引起的主轴轴向热误差,δ ’ s (t)为主轴温度变化引起的主轴轴向热误差,δ ’ c (t)为立柱温度变化引起的主轴轴向热误差。
先将上述各子模型参数(α 1 、α 2 、β 1 、β 2 、η 1 、η 2 、η 3 、μ 1 、μ 2 、μ 3 )识别后再根据测得温度数据(TS、TC1、TC2、Tamb)求得各热误差分量,进而求得最终的热误差。其中,立柱热弯曲导致的轴向热误差根据计算得到的Δ u (t)、Δ d (t)值采用公式(Ⅲ)计算而得。
采用一台五轴加工中心展开实验验证。按照图1和图2布置温度传感器和位移传感器。采集主轴在静态、预热和3000rpm运转过程的数据用于建模。用主轴在速度谱下的测量得到的数据用于预测验证;并与主流的数据驱动模型BP神经网络(BPNN)、多元线性回归(MLR)行对比验证其中,本实施例模型为物理模型,简称PBM。
本实施例提出的模型PBM泛化能力强,能够预测复杂工况速度谱下的轴向热误差;预测结果见图4和图5,图4为采用不同模型的热误差的预测结果对比,图5为不同模型的热误差的残差对比。
以上所述仅是本发明优选的实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种数控机床主轴轴向热误差物理建模方法,其特征在于,包括如下步骤:
(A)在机床上安装温度传感器,所述温度传感器设有4个,分别为用于测量主轴温度TS的第一温度传感器、用于测量立柱上部温度TC1的第二温度传感器、用于测量立柱下部温度TC2的第三温度传感器和用于测量环境温度Tamb的第四温度传感器;
(B)建立主轴仅受环境温度变化引起的热误差线性子模型,如公式(Ⅰ)所示,
公式(Ⅰ)中,δ ’ amb (t)为环境温度变化引起的主轴轴向热误差,α 1 为环境温度变化引起的主轴热变形系数,α 2 为偏差项,ΔT amb 为环境温度的变化量,L S 为主轴特征长度;
其中,所述环境温度的变化量ΔT amb 是由第四温度传感器采集获得,α 1 和α 2 是通过最小二乘法识别,δ amb (t)是在机床不工作且仅有环境温度变化的情况下采集的主轴轴向热误差,N为主轴轴向热误差δ amb (t)的采集时间;
(C)建立主轴仅受主轴温度变化引起的热误差线性子模型,如公式(Ⅱ)所示,
公式(Ⅱ)中,δ ’ s (t)为主轴温度变化引起的主轴轴向热误差,β 1 为主轴自身温度变化引起的主轴热变形系数,β 2 为偏差量,ΔT s 为主轴温度的变化量,L S 为主轴特征长度;
其中,所述主轴温度的变化量ΔT s 是由第一温度传感器采集获得;β 1 和β 2 是通过最小二乘法识别,δ s (t)为机床预热且主轴不运行的情况下采集的主轴轴向热误差δ act (t)减去环境温度变化引起的主轴轴向热误差δ ’ amb (t),即, N为主轴轴向热误差δ act (t)的采集时间,δ ’ amb (t)通过公式(Ⅰ)计算获得;
(D)建立主轴仅受立柱温度变化引起的热误差非线性子模型,如公式(Ⅲ)所示,
公式(Ⅲ)中,δ ’ c (t)为立柱温度变化引起的主轴轴向热误差,H0为立柱特征高度,H1为立柱底部到安装主轴位置之前的高度,Δ u (t)为立柱上部热变形的伸长量,Δd(t)为立柱下部热变形的伸长量;
其中,Δu(t)和Δd(t)是基于温度数据计算而得:
公式(Ⅳ)中,Δu(t)为立柱上部热变形的伸长量,η 1 、η 2 为立柱上部热变形系数,η 3 为立柱上部的热误差偏差项,L c1 为立柱上部的长度;Δd(t)为立柱下部热变形的伸长量,μ 1 、μ 2 为立柱下部热变形系数,μ 3 为立柱下部的热误差偏差项,L c2 为立柱下部的长度;其中,η 1 、η 2 、η 3 、μ 1 、μ 2 、μ 3 是通过最小二乘法识别,N为主轴轴向热误差δ z (t)的采集时间,Δ’ u(t)和Δ’ d(t)是在主轴运转的情况下按照公式(Ⅴ)计算出来的,
公式(Ⅴ)中,Δ’ u(t)为计算的立柱上部热变形伸长量,Δ’ d(t)为计算的立柱上部变形的伸长量,δ c (t)是在主轴运转情况下采集获得的主轴轴向热误差δ z (t)减去环境温度变化引起的主轴轴向热误差δ ’ amb (t)和主轴温度变化引起的主轴轴向热误差δ ’ s (t),即,δ ’ amb (t)通过公式(Ⅰ)计算获得,δ ’ s (t)通过公式(Ⅱ)计算获得;H0为立柱特征高度,H1为立柱底部到安装主轴位置之前的高度,e y1 (t)为采集获得的主轴一端径向误差,e y2 (t)为采集获得的主轴另一端径向误差,Lm为主轴两端的径向误差e y1 (t)和e y2 (t)采集点之间的直线距离;
(E)主轴运转中主轴轴向热误是将步骤(B)~(D)建立的子模型叠加后获得:
公式(Ⅵ)中,δ ’ z (t)为主轴运转中主轴轴向热误差,δ ’ amb (t)为环境温度变化引起的主轴轴向热误差,δ ’ s (t)为主轴温度变化引起的主轴轴向热误差,δ ’ c (t)为立柱温度变化引起的主轴轴向热误差。
2.根据权利要求1所述的一种数控机床主轴轴向热误差物理建模方法,其特征在于:建模过程中,在所述机床主轴上安装有3个位移传感器,分别为安装在主轴上用于测量轴向位移的第一位移传感器、安装在主轴一端径向上用于测量径向位移的第二位移传感器、以及安装在主轴另一端径向上用于测量径向位移的第三位移传感器。
3.根据权利要求2所述的一种数控机床主轴轴向热误差物理建模方法,其特征在于:步骤(B)所述δ amb (t)是在机床不工作且仅有环境温度变化的情况下第一位移传感器采集获得的主轴轴向热误差。
4.根据权利要求2所述的一种数控机床主轴轴向热误差物理建模方法,其特征在于:步骤(C)所述主轴轴向热误差δ act (t)是在机床预热且主轴不运行的情况下第一位移传感器采集获得的主轴轴向热误差。
5.根据权利要求2所述的一种数控机床主轴轴向热误差物理建模方法,其特征在于:所述主轴轴向热误差δ z (t)是在主轴运转的情况下第一位移传感器采集获得的主轴轴向热误差。
6.根据权利要求2所述的一种数控机床主轴轴向热误差物理建模方法,其特征在于:所述e y1 (t)为第二位移传感器采集获得的主轴径向误差,e y2 (t)为第三位移传感器采集获得的主轴径向误差。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110674661.2A CN113126566B (zh) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | 一种数控机床主轴轴向热误差物理建模方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110674661.2A CN113126566B (zh) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | 一种数控机床主轴轴向热误差物理建模方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113126566A CN113126566A (zh) | 2021-07-16 |
CN113126566B true CN113126566B (zh) | 2021-08-24 |
Family
ID=76783179
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110674661.2A Active CN113126566B (zh) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | 一种数控机床主轴轴向热误差物理建模方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113126566B (zh) |
Citations (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008183653A (ja) * | 2007-01-29 | 2008-08-14 | Okuma Corp | 工作機械の熱変位推定方法 |
CN101446994A (zh) * | 2008-12-18 | 2009-06-03 | 浙江大学 | 数控机床的热误差最小二乘支持向量机建模方法 |
CN101751001A (zh) * | 2008-12-16 | 2010-06-23 | 财团法人工业技术研究院 | 工具机热误差补偿方法 |
CN102672527A (zh) * | 2012-05-03 | 2012-09-19 | 四川大学 | 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 |
CN103801988A (zh) * | 2014-02-25 | 2014-05-21 | 南通大学 | 机床主轴热误差监测系统 |
JP2016002634A (ja) * | 2014-06-18 | 2016-01-12 | ファナック株式会社 | 工作機械の熱変位補正装置 |
CN105234745A (zh) * | 2015-11-09 | 2016-01-13 | 南通国盛机电集团有限公司 | 机床主轴热误差、圆度误差与回转误差的分离与处理方法 |
CN106815407A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-06-09 | 四川大学 | 一种数控机床整机动态性能优化方法 |
CN107861470A (zh) * | 2017-10-25 | 2018-03-30 | 沈阳机床股份有限公司 | 基于pmc控制的数控机床主轴热伸长误差实时补偿方法 |
CN107942934A (zh) * | 2017-11-06 | 2018-04-20 | 大连理工大学 | 一种卧式数控车床的主轴径向热漂移误差建模及补偿方法 |
CN108857574A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-11-23 | 大连理工大学 | 数控机床主轴的“热误差-温度”环的应用方法 |
JP2019000945A (ja) * | 2017-06-16 | 2019-01-10 | 中村留精密工業株式会社 | 工作機械のワーク加工方法 |
KR20190051152A (ko) * | 2017-11-06 | 2019-05-15 | 두산공작기계 주식회사 | 공작기계 스핀들의 열변형 보정방법 |
CN208945752U (zh) * | 2018-10-29 | 2019-06-07 | 广东润星科技有限公司 | 一种数控机床电主轴的热补偿装置 |
CN110543140A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-12-06 | 四川大学 | 基于时间特性的数控机床主轴系统热关键点选取建模方法 |
CN210997810U (zh) * | 2019-06-20 | 2020-07-14 | 深圳市正佑数控机床有限公司 | 一种主轴结构热伸长补偿装置 |
CN111666659A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-09-15 | 湖北文理学院 | 一种机床整机热误差建模方法 |
US10838392B2 (en) * | 2017-11-06 | 2020-11-17 | Dalian University Of Technology | Modeling and compensation method for the spindle's radial thermal drift error in a horizontal CNC lathe |
CN112276673A (zh) * | 2020-09-16 | 2021-01-29 | 天津大学 | 一种机床主轴热误差测试装置及其方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103926874B (zh) * | 2013-12-03 | 2016-05-25 | 江苏齐航数控机床有限责任公司 | 数控机床热误差补偿建模温度测点组合的选择优化方法 |
EP3301325B1 (en) * | 2016-09-29 | 2020-11-18 | KappaSense Ltd | Linear actuator |
CN106736848B (zh) * | 2016-12-13 | 2019-04-12 | 西安交通大学 | 数控车床热误差测量补偿系统及补偿方法 |
CN107052825B (zh) * | 2017-06-15 | 2019-04-19 | 江苏科技大学 | 一种进给量同步控制的零件加工用浮动支撑装置 |
WO2019044911A1 (ja) * | 2017-08-29 | 2019-03-07 | 国立大学法人名古屋大学 | 振動切削装置および接触検出プログラム |
CN109623499B (zh) * | 2019-01-31 | 2020-08-25 | 大连理工大学 | 数控机床几何/热误差在线测量与补偿系统 |
CN109623493B (zh) * | 2019-01-31 | 2020-09-29 | 大连理工大学 | 一种判定主轴实时热变形姿态的方法 |
CN111941140B (zh) * | 2020-07-25 | 2023-01-10 | 宁夏共享机床辅机有限公司 | 机床防护门结构与机床 |
-
2021
- 2021-06-18 CN CN202110674661.2A patent/CN113126566B/zh active Active
Patent Citations (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008183653A (ja) * | 2007-01-29 | 2008-08-14 | Okuma Corp | 工作機械の熱変位推定方法 |
CN101751001A (zh) * | 2008-12-16 | 2010-06-23 | 财团法人工业技术研究院 | 工具机热误差补偿方法 |
CN101446994A (zh) * | 2008-12-18 | 2009-06-03 | 浙江大学 | 数控机床的热误差最小二乘支持向量机建模方法 |
CN102672527A (zh) * | 2012-05-03 | 2012-09-19 | 四川大学 | 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 |
CN103801988A (zh) * | 2014-02-25 | 2014-05-21 | 南通大学 | 机床主轴热误差监测系统 |
JP2016002634A (ja) * | 2014-06-18 | 2016-01-12 | ファナック株式会社 | 工作機械の熱変位補正装置 |
CN105234745A (zh) * | 2015-11-09 | 2016-01-13 | 南通国盛机电集团有限公司 | 机床主轴热误差、圆度误差与回转误差的分离与处理方法 |
CN106815407A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-06-09 | 四川大学 | 一种数控机床整机动态性能优化方法 |
JP2019000945A (ja) * | 2017-06-16 | 2019-01-10 | 中村留精密工業株式会社 | 工作機械のワーク加工方法 |
CN107861470A (zh) * | 2017-10-25 | 2018-03-30 | 沈阳机床股份有限公司 | 基于pmc控制的数控机床主轴热伸长误差实时补偿方法 |
CN107942934A (zh) * | 2017-11-06 | 2018-04-20 | 大连理工大学 | 一种卧式数控车床的主轴径向热漂移误差建模及补偿方法 |
KR20190051152A (ko) * | 2017-11-06 | 2019-05-15 | 두산공작기계 주식회사 | 공작기계 스핀들의 열변형 보정방법 |
US10838392B2 (en) * | 2017-11-06 | 2020-11-17 | Dalian University Of Technology | Modeling and compensation method for the spindle's radial thermal drift error in a horizontal CNC lathe |
CN108857574A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-11-23 | 大连理工大学 | 数控机床主轴的“热误差-温度”环的应用方法 |
CN208945752U (zh) * | 2018-10-29 | 2019-06-07 | 广东润星科技有限公司 | 一种数控机床电主轴的热补偿装置 |
CN210997810U (zh) * | 2019-06-20 | 2020-07-14 | 深圳市正佑数控机床有限公司 | 一种主轴结构热伸长补偿装置 |
CN110543140A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-12-06 | 四川大学 | 基于时间特性的数控机床主轴系统热关键点选取建模方法 |
CN111666659A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-09-15 | 湖北文理学院 | 一种机床整机热误差建模方法 |
CN112276673A (zh) * | 2020-09-16 | 2021-01-29 | 天津大学 | 一种机床主轴热误差测试装置及其方法 |
Non-Patent Citations (9)
Title |
---|
"A review on spindle thermal error compensation in machine tools";LI Y;《International Journal of 01 Machine Tools and Manufacture》;20151231;第20-38页 * |
"Error compensation in machine tool---a review thermal errors";RAMESH R;《In ternational Journal of Machine Tools and Manufacture》;20000930;第1257-1284页 * |
"Study on the effects of changes in temperature-sensitive points on thermal error compensation model for CNC machine tool";MIAO Enming;《International ournal of Machine Tools and Manufacture》;20151231;第50-59页 * |
"一种高精密液胀定位夹具的优化设计";蒲耀洲;《机床与液压》;20200531;第115-118页 * |
"基于多体系统理论的数控铣齿机热误差综合建模";冯进龙;《机械设计与制造工程》;20150228;第27-30页 * |
"基于集成BP神经网络的数控机床主轴热误差建模";殷国富;《计算机集成制造系统》;20180630;第1383-1390页 * |
"数控周边磨床主轴系统热关键点选取及热误差建模";殷国富;《中南大学学报(自然科学版)》;20200630;第1501-1508页 * |
"机床热误差建模研究综述";王海同;《机械工程学报》;20150930;第119-128页 * |
"铣削GCr15三维热力耦合加工模型仿真";殷鸣;《工具技术》;20191130;第37-41页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113126566A (zh) | 2021-07-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10838392B2 (en) | Modeling and compensation method for the spindle's radial thermal drift error in a horizontal CNC lathe | |
CN107942934A (zh) | 一种卧式数控车床的主轴径向热漂移误差建模及补偿方法 | |
Pahk et al. | Thermal error measurement and real time compensation system for the CNC machine tools incorporating the spindle thermal error and the feed axis thermal error | |
Liu et al. | Modeling and compensation for spindle's radial thermal drift error on a vertical machining center | |
Dépincé et al. | Active integration of tool deflection effects in end milling. Part 2. Compensation of tool deflection | |
CN109739182B (zh) | 一种对冷却系统扰动不敏感的主轴热误差补偿方法 | |
Takaya | In-process and on-machine measurement of machining accuracy for process and product quality management: A review | |
CN102854841A (zh) | 一种曲面零件的形位误差原位补偿加工方法 | |
Cao et al. | Thermal error compensation of dry hobbing machine tool considering workpiece thermal deformation | |
CN108907888B (zh) | 半闭环控制下数控机床进给系统换向误差峰值预测方法 | |
US20200311321A1 (en) | Method for determining real-time thermal deformation attitude of spindle | |
CN113110286B (zh) | 一种基于压力反馈的精密间隙控制系统与方法 | |
Liu et al. | Spindle axial thermal growth modeling and compensation on CNC turning machines | |
CN106873525A (zh) | 一种基于数控机床实时数据的主轴组件热变形预测方法 | |
CN113126566B (zh) | 一种数控机床主轴轴向热误差物理建模方法 | |
Chen et al. | Self-sensing of cutting forces in diamond cutting by utilizing a voice coil motor-driven fast tool servo | |
CN105700470B (zh) | 一种用于减小机床伺服进给系统跟踪误差的方法 | |
Mares et al. | Effects of cooling systems on the thermal behaviour of machine tools and thermal error models | |
Mares et al. | AN UPDATE OF THERMAL ERROR COMPENSATION MODEL VIA ON-MACHINE MEASUREMENT. | |
Qiu et al. | Autonomous form measurement on machining centers for free-form surfaces | |
Archenti et al. | Integrated metrology for advanced manufacturing | |
Horejš et al. | Complex verification of thermal error compensation model of a portal milling centre | |
Rahman | Modeling and measurement of multi-axis machine tools to improve positioning accuracy in a software way | |
Drossel et al. | The influence of the robot's stiffness on roller hemming processes | |
Oba et al. | Simultaneous control of tool posture and polishing force on unknown curved surface for serial-parallel mechanism polishing machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |