[发明专利]成形磨削综合误差模型创建方法及磨齿机几何-热误差控制方法

说明书

本发明公开了一种成形磨削综合误差模型创建方法，包括如下步骤：步骤一：获取磨齿机的误差项：11)测量得到磨齿机的与位置相关的几何误差以及与位置无关的几何误差；12)针对车身(X轴)和Z轴建立闭环有限元模型以模拟温度场，通过温度场模拟获取：13)建立热误差预测模型，利用热误差预测模型分别预测得到：步骤二：根据多源误差理论，利用磨齿机的几何误差项和热误差项分别建立磨齿机各相邻的系统体之间的误差变换矩阵；步骤三：根据磨齿机的拓扑结构，得到工件与砂轮之间的误差变换矩阵，也即为构建得到成形磨削综合误差模型。本发明还提出了一种磨齿机几何‑热误差控制方法，实现了几何误差和热误差控制，能够显著提高齿面磨削精度。

技术领域

本发明属于机械误差分析技术领域，具体的为一种成形磨削综合误差模型创建方法及磨齿机几何-热误差控制方法。

背景技术

成形磨床的结构变形会影响工件的几何精度。成形磨床几何精度越高，齿面的几何精度就越好。成形磨床几何误差和热误差控制对于提高零件几何精度至关重要。对于成形磨床，影响热误差的热源很多，包括电机、轴承、滚动导轨和滚珠丝杠等。齿面修形的研究主要集中在刚体运动和分环误差方面。几何误差建模方法取得了很大进展，促进了精度的快速提高。目前，齐次坐标变换矩阵(HCTM)因其直观快速、编程计算简单、模型精度高而得到广泛应用。

对于热误差预测，目前提出了多种数学模型，这些模型主要分为两类：(1)数值模拟模型和(2)经验模型。离散思想在数值模拟模型中随处可见，FDM、FEM和FDEM被广泛应用于数值模拟模型建模，具体的，FDM用于建模高速主轴热特性分析模型；FEM用于模拟微铣削主轴热特性分析模型，并引入热接触电阻(TCR)和对流系数(CC)等边界条件以提高热分析结果的准确性。数值模拟模型具有精度高、可靠性高等优点。然而，由于大规模的网格划分和计算，导致这些模型的构建和计算非常耗时，因此，大多数补偿策略是基于经验模型开发的。传统经验模型使用温度作为输入，但是有限的温度变量难以充分反映整机的热信息，并且温度变量之间也存在共线性，导致这些模型的预测性能下降。

对于成形磨床，热误差的产生机理在以往的研究中并不明确，导致传统的经验模型的鲁棒性和预测能力有限。因此，基于误差机理提出了以热变形为输入的热误差模型。使用记忆能力强的长短期记忆网络(LSTMN)来实现热误差模型的训练，结果表明，该模型具有良好的预测性能和鲁棒性。LSTMN是一种改进的循环神经网络(RNN) 模型，它的突出贡献是解决了梯度消失和梯度爆炸的问题，在具有时间特征和记忆特征的问题上得到了广泛的应用。 LSTMN在很多领域都有出色的表现，可以进一步改进，然而，改进并不总是有效的，其预测精度很难再提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种成形磨削综合误差模型创建方法及磨齿机几何-热误差控制方法，综合考虑磨齿机的几何误差和热误差以构建成形磨削综合误差模型，实现了几何误差和热误差控制，能够显著提高齿面磨削精度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明首先提出了一种成形磨削综合误差模型创建方法，包括如下步骤：

步骤一：获取磨齿机的误差项：

11)利用测量仪器测量得到磨齿机的与位置相关的几何误差以及与位置无关的几何误差；

12)针对车身(X轴)和Z轴建立闭环有限元模型以模拟温度场，通过温度场模拟获取：

由车身(X轴)热误差引起的在X方向和Z方向上的位置误差和

由车身(X轴)热误差引起的在Y方向上的角度误差

由Z轴热误差引起的在X方向和Z方向上的位置误差和

由Z轴热误差引起的在Y方向上的角度误差

13)建立热误差预测模型，利用热误差预测模型分别预测得到：