[发明专利]数控机床热特征监控测点的布置方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控机床热态特性监控领域，尤其是涉及一种数控机床热态特性监控中测点的布置方法。

背景技术

数控机床的加工精度是衡量数控机床工作性能的重要指标，大量的研究表明，热误差是数控机床等精密加工机械的最大误差源，占总误差的70％左右，而对于超精密机床而言，甚至达到近90％。由于数控机床在加工过程中不可避免地存在内外部热源，特别是内部热源，必然导致热变形误差的产生。因而对数控机床热态特性进行监控，控制其加工过程中热变形影响就显得非常重要。

由于对机床加工时进行热变形实时测量不方便，在实际中通常通过在机床的一些热敏感位置布置一些温度传感器，通过分析机床的温度变化结合温度和热变形的模型推算出机床在当前温度场下的变形情况。目前像线性回归、支持向量机、神经网络等各种建模算法应用于建立温度和热变形之间关系的模型有较多的相关报道。

考虑到数控机床热源的复杂性、多样性，同时在机床的实际加工中出于成本考虑，对机床热态特性监控中温度传感器测点的布置要求是：(1)传感器要尽可能的少；(2)要确定所布置的传感器能够尽可能准确的反映机床总体热态特性变化；(3)为了充分发挥传感器的性能，各个传感器测得的温度数据要尽可能独立，和其他传感器测得的温度数据耦合度要小；(4)为了最大限度提高后续热变形计算的准确性，要求传感器测得位置温度相对于热变形比较敏感，以降低测量误差对热变形的影响。

考虑到这这些要求，合理的选择机床热态监控的测点就显得非常重要。目前对于数控机床热态特性监控测点的选择，主要还是依赖于经验，对测点的选择还缺乏理论的指导和行之有效的方法，存在着技术问题。

发明内容

本发明提供了一种数控机床热特征监控测点的布置方法，通过测量数控机床的温度场和热变形数据后，使用数据处理模型进行测点的温度相关性系数的计算和热敏感度计算，筛选出最佳数控机床热特性监控的测点，该方法具有简单有效、原理清晰、操作简单、可控性好等特点。

一种数控机床热特征监控测点的布置方法，包括以下步骤：

1)在数控机床本体上选取用于检测温度变化的测点，按频率采集测点上的温度，得到不同时间下测点的温度值，将所述的温度值按时间先后组合形成测点的温度变化序列X，在采集测点上的温度的同时，按照所述的频率采集不同时间下刀尖位置相对于工件的变形量，将所述的变形量按时间先后组合形成刀尖位置相对于工件的变形量序列Δ；

2)根据步骤1)中测点的温度变化序列X进行温度相关性系数计算后将测点分成各个组；

3)根据步骤1)中测点的温度变化序列X和刀尖位置相对于工件的变形量序列Δ对步骤2)中各个组中的各个测点进行热敏感度计算，经过比较筛选后将每组中的最大热敏感度的测点选出，组成选择组；

4)若数控机床热特征监控测点布置个数与选择组中的测点个数相等，则选择组中的所有测点即作为数控机床热特征监控测点，若数控机床热特征监控测点布置个数小于选择组中的测点个数，从选择组中按测点的热敏感度由大到小的顺序选择与布置个数相等数量的测点，选择的测点即作为数控机床热特征监控测点。

为了取得更好的发明效果，对本发明进行优选：

所述的用于检测温度变化的测点分布在床身、主轴附近和丝杠附近处。考虑到主轴及丝杠为机床的热源，而床身受热后变形是机床热变形的主要原因，为了使选择的测点能更好的反应机床整体的热变形情况，在床身、主轴外套和丝杠轴承套处均布置了一系列的温度测点，更优选的，所述的用于检测温度变化的测点的个数大于或等于10个，并均匀分布于床身、主轴外套和丝杠轴承套处。这样经温度相关性系数计算和最大热敏感度计算后选出的数控机床热特征监控测点，能更好的监控数控机床的热特性，有利于后续对数控机床的热变形进行建模和误差补偿。

所述的测点上的温度采用温度传感器进行检测，温度传感器具体可选择比较多，优选的温度传感器可选用热电偶和热电阻。