[发明专利]一种机床整机热误差建模方法

说明书

本发明公开一种机床整机热误差建模方法，包括如下步骤：对机床实施热温升实验；通过所述机床刀尖点热误差的特性，建立机床刀尖点在空间上X、Y、Z三个方向的误差随温度变化关系函数式，即为所述机床刀尖点热误差模型；通过机床工作台上所述基准点随温度变化特性，以此特性建立工作台工件随温度变化关系函数式，得到工作台上工件点热误差模型；将所述机床刀尖点误差模型、所述工作台上工件点热误差模型进行X、Y、Z三个方向的叠代消除，形成三个方向的综合误差模型；本热误差模型合理、准确性高，有利于掌握误差随温度变化的规律，以调节机床，使机床达到更好的性能。

技术领域

本发明涉及到机床热误差测试技术领域，具体涉及到一种机床整机热误差建模方法。

背景技术

热变形引起的整机误差占比较大，热误差将近占到了机床总误差的40％-70％，甚至在一些高精密仪器中达到了70％以上，说明热误差已经成为现代高精密数控机床加工误差的主要来源。对于一个三轴XYZ型立式机床来说，运用有限元的分析方法就可以仿真出机床各个部位的稳定温度和瞬时温度，但是由于建模水平、接触条件、边界条件和网格划分等参数设置对有限元的求解结果影响较大，所以可以采用红外热成像仪来掌握机床的热温度分布规律，在发热量大的部位布置温度传感器，从而收集温度实时数据。如中国发明专利(公告号：CN108334028B)“一种机床一维最佳温度测点的确定方法”公开了在机床主轴热误差建模时，只需要在一个布局点布置一个温度传感器，用该温度点建立的误差补偿模型，应用方便，在保持精度的同时大大减少了在主轴上温度传感器的布置工作。

针对热因素对数控机床的影响，国内外专家学者建立起了各种误差补偿模型，清华大学赵大泉教授提出了主轴热误差自组织补偿法，根据主轴热误差定性测量后进行误差补偿，不知道热误差具体数值。

YANG提出了动态神经元网络理论，后续有人建立了BP(Back Propagation)和RPF(Radials is Function)神经网络模型，提高了机床精度。目前在数控机床误差补偿研究方面，均采用综合误差测量和补偿，但都是在一定温度测量点检测刀具实际位置与理想位置的偏差，没有考虑到或者联系机床工作台受温度变化影响也会发生偏差这一情况；因此需要建立一种准确度更好的机床整机热误差模型。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种机床整机热误差建模方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种机床整机热误差建模方法，所述热误差建模方法包括如下步骤：

步骤一：对机床实施热温升实验，通过红外热成像仪扫描整个所述机床，掌握所述机床的热温度分布规律，对所述机床发热量大的区域布置温度传感器，作为所述机床的温度测试点，用以收集温度实时数据；

步骤二：机床刀尖点热误差测试及机床刀尖点热误差模型；以所述机床的刀尖点作为基准，借助位移传感器建立刀尖点在空间位置的坐标，并通过第一测量机构动态监测刀尖点随温度变化偏差，得到刀尖点随温度变化特性；通过所述机床刀尖点热误差的特性，建立机床刀尖点在空间上X、Y、Z三个方向的误差随温度变化关系函数式，即为所述机床刀尖点热误差模型；

步骤三：机床工作台热误差测试，以机床工作台上的工件为基准，选取所述工件上的某一位置为基准点，借助位移传感器建立所述基准点在空间上的位置坐标，通过第二测量机构动态监测所述工件上所述基准点位置随着温度变化的偏差，得到机床工作台上所述基准点随温度变化特性，以此特性建立工作台工件随温度变化关系函数式，得到工作台上工件点热误差模型；

步骤四：将所述机床刀尖点误差模型、所述工作台上工件点热误差模型进行X、Y、Z三个方向的叠代消除，形成三个方向的综合误差模型。