[发明专利]一种数控机床部件温度实时预测方法

说明书

本发明属于数控机床温度监控与预测领域，并具体公开了一种数控机床部件温度实时预测方法，该方法包括如下步骤：实时采集数控机床的传感器信号并进行预处理；根据预处理后的信号数据计算从t_i‑1时刻到t_i时刻的由内部热源引起的机床部件温度变化量和由环境温度引起的机床部件温度变化量叠加和得到机床部件从t_i‑1时刻到t_i时刻的最终温度变化量ΔT；实时预测数控机床部件的温度：T_i＝T_i‑1+ΔT。本发明具有预测速度快、准确率高的优点，同时使用简单方便，且不改变数控机床的机械结构、不影响数控机床的动态特性，可实现机床部件温度的实时预测。

技术领域

本发明属于数控机床温度监控与预测领域，更具体地，涉及一种数控机床部件温度实时预测方法。

背景技术

在非恒温条件下，数控机床加工时受内部热源和外部环境的共同作用下会产生机床机械结构热变形，将导致加工精度降低甚至失效。大量研究表明，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。由于在数控机床的加工过程中无法避免内部热源的产生和外部环境温度的变化，因而需要对数控机床关键部件温度进行监控与预测，根据其温度变化进行相应的变形补偿，以达到降低热误差，提高数控机床加工精度的目的。

目前对数控机床关键部件温度的监控与预测，主要通过在数控机床部件上布置温度传感器进行温度测量实现。温度测量的方法可分为接触式和非接触式测温法两大类。如CN201210030064.7提供了一种通过磁性连接件固定在机床上的机床温度测量装置，属于接触式测温法。接触式测温法在测量时需要将传感器与被测机床部件充分接触，传感器与被测机床部件表面接触效果直接影响到测量的精度，同时当布置大量传感器在机床部件表面时会对被测机床部件的正常工作产生负面效果。如CN201310269361.1提供了一种伺服型机床工作部件温度场测量机，其通过红外测温仪来实现机床工作部件温度的非接触式测量。非接触式测温法不需要将传感器与被测机床部件接触，因此不会对被测机床部件产生干扰，但是非接触式测温法会被被测机床部件表面状态或测量介质的物性参数所影响，而在数控机床加工时可能产生的切削液与切屑将严重影响非接触式测温法的测量精度。

此外，CN20131048807.8提供了一种重型机床车间环境温度解析建模方法，其通过结合时间序列分析、傅里叶级数分解方法，实时测量更新温度数据和当前实践信号作为输入，实现环境温度的实时预测，有利于解决环境温度响应的滞后性。但该专利仅实现环境温度的预测，并未考虑机床温度的实时预测。CN201410088166.3提供了一种考虑环境温度的重型机床热误差预测方法，该方法用于重型机床的热变形预测，其公开的预测方法及涉及的预测公式无法适用于数控机床部件温度的实时预测。

因此，针对现有技术的局限性，本领域的技术人员致力于开发一种简单可靠且适合生产现场使用的数控机床部件温度实时预测方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种数控机床部件温度实时预测方法，其通过获取数控机床的传感器信号，分别计算内部热源、环境温度引起的机床部件温度变化量，实现实时预测数控机床部件的温度，具有预测速度快、准确率高、操作便利等优点，同时使用简单方便，且不改变数控机床的机械结构、不影响数控机床的动态特性，可实现机床部件温度的实时预测。

为实现上述目的，本发明提出了一种数控机床部件温度实时预测方法，其包括如下步骤：

S1实时采集数控机床的传感器信号，并对采集的传感器信号进行预处理；

S2根据预处理后的信号数据计算从t_i-1时刻到t_i时刻的由内部热源引起的机床部件温度变化量以及从t_i-1时刻到t_i时刻的由环境温度引起的机床部件温度变化量

所述采用如下方式计算：