[发明专利]数控磨床导轨热误差确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机床导轨误差确定方法，尤其是一种磨床导轨热 误差的确定方法。

背景技术

在精密机床的切削加工中，热源对加工精度的影响极大，提高工 件的加工精度必须对机床的热变形作定量研究，并在加工过程中作合 理控制与补偿。导轨部件是机床的主要热源之一，机床导轨与工作台 的相对运动会产生大量的摩擦热，造成导轨与工作台的热变形，影响 刀具与工件之间的相对位置关系，最终影响工件的加工精度。尤其对 于数控主轴磨床，由于工作台承载着很重的磨头部件，而且工作台的 行程很大，由摩擦引起的导轨热变形是导向误差的主要原因之一，导 轨热变形对于零件的加工精度影响很大。因此，为提高其加工精度， 需要获得导轨整个行程范围内的热变形动态变化量，以便进行实时误 差补偿。但是，对导轨全行程范围内进行热误差实时测量目前还没有 有效的方法。

随着有限元理论的不断完善和数值模拟技术的日趋成熟，使得数 值模拟技术在热特性分析领域得到了广泛应用，成为热变形分析的重 要手段。有限元数值模拟技术可以定量地计算出温度分布状态和由此 产生的热位移、应力和应变等数据。但由于有限元分析边界条件的不 确定性(例如热源和对流系数)，无法对具体的机床导轨给出精确的 计算结果，而只能给出定性的分析结果。

发明内容

本发明是要提供一种数控磨床导轨热误差确定方法，用于解决数 控磨床导轨热误差测量与补偿问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种数控磨 床导轨热误差确定方法，包括以下具体步骤：

(1)测量数控磨床有限位置上导轨热误差

在Y方向沿导轨运动Z轴方向安装若干个位移传感器，其中二个位 移传感器应放置在两个目标位置，其他位移传感器均匀分布在目标位 置之间：

设传感器1、2、……r的读数分别为δ₁(i)、δ₂(i)、……δ_r(i)，i＝0，1， 2，……N为测量序号，设测量开始时主轴热变形为0，第i次测量Y方 向1、2、……r传感器位置处的热变形量分别为：

δ_1i＝δ₁(i)-δ₁(0)δ_2i＝δ₂(i)-δ₂(0)……δ_ri＝δ_r(i)-δ_r(0)

(2)建立数控磨床导轨热特性分析响应面模型

利用有限元分析软件建立数控磨床导轨有限元模型，把有限元模 型的边界条件包括导轨表面对流系数(ξ₁、ξ₂……ξ_M)和热源的发热 量(Q₁、Q₂……Q_M)作为设计变量，用X表示，取导轨上r个传感器 安装位置的热变形计算误差平方和作为特征量，用F(X)表示，作为设 计变量X的优化计算指标；

对r个测点的热变形误差模拟计算值Δ_1i、Δ_2i、……Δ_ri与实际测 量值δ_1i、δ_2i、……δ_ri进行比较，取其误差平方和构造设计变量X 的优化计算指标