[发明专利]一种精密数控机床全工作台曲面热误差补偿方法

权利要求书

1.一种精密数控机床全工作台曲面热误差补偿方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)采集机床的主轴关键部位即温度采集点的温度信息，以及工作台代表位置点即测点的Z轴坐标信息；

(2)分析研究工作台台面上各测点的热变形规律Δz，运用模糊聚类与灰色关联度相结合的方法从温度采集点中筛选出温度敏感点；

(3)根据采集的温度敏感点的温度信息和测点的热变形信息建立全工作台范围内各测点的热误差模型；

(4)将所建立的各测点热误差模型通过软件编程嵌入补偿器中；

(5)将温度采集系统实时采集的温度敏感点的温度值输入补偿器中，同时由热误差模型计算出当下该温度时刻各测点处的预测热变形量；

(6)对该温度时刻各测点的预测热变形量进行曲面建模，建立全工作台曲面热误差补偿模型；

(7)将坐标采集系统采集的机床实时的X/Y坐标值，输入到补偿器中，计算出机床在该坐标位置下的热误差补偿值；

(8)将所得补偿值输入到机床，结合坐标原点偏移实现机床全工作台范围内Z轴轴向热误差实时补偿；

所述步骤(6)具体是指，利用最小二乘曲面建模的算法对工作台各温度时刻进行曲面建模，根据公式(2)，建立全工作台曲面热误差补偿模型集：

Δz(x,y)＝a₀+a₁x+a₂y+a₃x²+a₄xy

+a₅y²+a₆x³+a₇x²y+a₈xy²+a₁₅y³(2)

在式(2)中，a₀,a₁,…,a₁₅为相应变量的系数估计值；x为机床加工工件时X轴坐标值；y为机床加工工件时Y轴坐标值；Δz(x,y)为主轴在工作台上坐标为(x,y)时机床Z轴的热误差补偿值。

2.根据权利要求1所述的精密数控机床全工作台曲面热误差补偿方法，其特征在于：所述步骤(1)具体是指，采用温度采集系统对机床主轴关键部位即温度采集点的温度值进行测量，假设有m个温度采集点，共采集n组，则得到的温度数组为{T_i1、T_i2、…、T_im}，i＝1,2,…,n；同时使用坐标采集系统对工作台各代表位置点即测点的Z轴坐标进行采集，假设工作台有r个测点，同时采集n组，则采集的坐标值为{z_i1、z_i2、…、z_ir}，i＝1,2,…,n。

3.根据权利要求1所述的精密数控机床全工作台曲面热误差补偿方法，其特征在于：所述步骤(3)具体是指，运用多元线性回归算法对各测点进行热误差建模，根据公式(1)，建立全工作台范围内每个测点的热误差模型：

Δz_i＝b₀+b₁ΔT_i1+b₂ΔT_i2+…+b_mΔT_im+e_i(i＝1,2,…,n)(1)

在式(1)中，ΔT_i1,ΔT_i2,…,ΔT_im为温度敏感点处的温度值增量，b₀,b₁,b₂,…,b_m为各温度敏感点温度变量的回归系数估计值，Δz_i为工作台各代表位置点即测点的坐标值增量，e_i是通过模型预测的测点坐标值增量与实际测量值Δz_i存在的偏差，也称残差。

4.根据权利要求2所述的精密数控机床全工作台曲面热误差补偿方法，其特征在于：所述r的值为大于等于10个。