[发明专利]五轴数控机床主轴热变形误差补偿方法及系统

权利要求书

1.一种五轴数控机床主轴热变形误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在机床完全冷机状态下开机运行用于加工的程序，获取主轴的热传递滞后时间t1、升温时间t2和最大变形量S_max，根据滞后时间t1、升温时间t2和最大变形量S_max计算主轴热变形量与热机时间对应关系的指数型曲线的指数系数k，并将滞后时间t1、升温时间t2、最大变形量S_max以及指数系数k的值录入到数控系统补偿参数中；

S2，数控系统根据滞后时间t1、升温时间t2、最大变形量S_max以及指数系数k建立主轴热变形量与热机时间对应的关系模型，通过关系模型实时计算热机时间t对应的主轴热变形量s；

S3，数控系统计算刀轴方向v；

S4，数控系统根据刀轴方向v将主轴热变形量s分解到三个直线轴上分别对三个直线轴进行补偿；

所述步骤S3中数控系统计算刀轴方向v的方法如下：

当五轴数控机床为双摆头型，v＝Μ₁·Μ₂·v′

当五轴数控机床为双转台型，v＝v′

当五轴数控机床为混合型，v＝Μ₂·v′

其中，Μ₁、Μ₂分别为五轴数控机床的两个旋转轴的旋转矩阵，v′为刀具初始方向坐标，v为刀轴方向。

2.如权利要求1所述的五轴数控机床主轴热变形误差补偿方法，其特征在于：所述步骤S2中建立的主轴热变形量与热机时间对应的关系模型如下：

其中，t为热机时间，s为主轴热变形量，t1为热传递滞后时间，t2为升温时间，S_max为最大变形量，k为指数系数。

3.如权利要求1所述的五轴数控机床主轴热变形误差补偿方法，其特征在于：还包括以下步骤

S5，在机床完全冷机状态下开机运行用于加工的程序，不开启补偿功能情况下，每隔1分钟记录一次在加工位置附近的主轴整体向刀轴方向的伸长量；

S6，在机床完全冷机状态下开机运行用于加工的程序，开启补偿功能情况下，每隔1分钟记录一次在加工位置附近的主轴整体向刀轴方向的伸长量；

S7，比较补偿前和补偿后的测试数据，当开启补偿功能后主轴伸长量的减小量满足要求后，主轴热误差补偿功能完成，如果不满足要求，重复步骤S1至步骤S7，直到补偿效果满足要求。

4.一种五轴数控机床主轴热变形误差补偿系统，其特征在于：包括参数获取模块、主轴热变形量计算模块、刀轴方向计算模块以及补偿模块；

所述参数获取模块用于获取主轴的热传递滞后时间t1、升温时间t2和最大变形量S_max以及指数系数k，并建立主轴热变形量与热机时间对应的关系模型；

所述主轴热变形量计算模块用于根据主轴热变形量与热机时间对应的关系模型实时计算热机时间t对应的主轴热变形量s；

所述刀轴方向计算模块用于计算刀轴方向v；

所述补偿模块用于根据刀轴方向v将主轴热变形量s分解到三个直线轴上分别对三个直线轴进行补偿；

所述刀轴方向计算模块计算刀轴方向v的方法如下：

当五轴数控机床为双摆头型，v＝Μ₁·Μ₂·v′

当五轴数控机床为双转台型，v＝v′

当五轴数控机床为混合型，v＝Μ₂·v′

其中，Μ₁、Μ₂分别为五轴数控机床的两个旋转轴的旋转矩阵，v′为刀具初始方向坐标，v为刀轴方向。

5.如权利要求4所述的五轴数控机床主轴热变形误差补偿系统，其特征在于：所述参数获取模块建立的主轴热变形量与热机时间对应的关系模型如下：

其中，t为热机时间，s为主轴热变形量，t1为热传递滞后时间，t2为升温时间，S_max为最大变形量，k为指数系数。