[发明专利]一种数控铣头热误差补偿方法及系统

权利要求书

1.一种数控铣头热误差补偿方法，对无误差和实际状态两种不同情况下进行铣头热误差分析，同时建立热误差补偿数学模型，求解铣头综合热误差运动矩阵，并将所建立的数学模型导入热误差补偿系统，编写相关执行程序以实现实际加工中热误差的有效补偿，其特征在于，步骤为：

A、建立铣头受热变形与各分量的联系，基于三角函数关系得出铣头总热变形量为

(1)

式中，铣头热变形量为，铣头热变形在z轴上的投影为，为在x轴和y轴所构成的平面上的投影，和分别为在x轴及y轴上的投影；A轴摆动与z轴所形成的夹角为；C轴转动与y轴形成的夹角；

B、求解出无误差状态下铣头热误差补偿数学模型为

(2)

C、根据机床运动副误差运动学原理，主轴热偏移和热倾斜误差的齐次变换矩阵为

(3)

其中，、、分别为主轴在XOZ及YOZ两个平面内产生的热倾斜，、、分别为x，y，z三个坐标轴方向的热偏移；

D、根据小误差假设，得到实际状态下铣头综合热误差矩阵为

(4)

其中：，，分别代表直驱式数控铣头在x，y，z三个方向的转角误差；，，为直驱式数控铣头在x，y，z三个方向的位置误差，将主轴热偏移和热倾斜代入模型中，生成铣头综合热误差运动矩阵和不同方向的热误差补偿分量，铣头热误差补偿数学模型为

(5)

式中：L为刀尖位置处Z向的受热偏移量，为A轴与XOY平面的距离，为C轴与XOY平面的距离，A轴转动角为，C轴转动角为，根据小误差补偿运动，，，，通过上式求得铣头各误差补偿量的数学模型如下式所示：

(6)。

2.一种实现权利要求1所述数控铣头热误差补偿方法的热误差补偿系统，其特征在于，包括：直驱式数控铣头、模型编辑键入模块、输出接口、终端、温度传感器节点、中间节点、模/数转换器模块、直驱式数控铣头控制系统、热误差补偿数学模型、数控系统、编程器、显示模块，其中：选取直驱式数控铣头上C轴电机转子测点、A轴电机转子测点、铣头轴承测点、铣头壳体测点四个关键位置的测温点布置温度传感器探头，温度传感器获取各测点的温度信号并输送至中心节点，中心节点将温度信号转换为电压信号并放大，模/数转换器将模拟信号转换为数字信息，并将其输入至直驱式数控铣头控制系统，直驱式数控铣头控制系统根据实际加工条件分析热误差补偿的数学模型，计算出热补偿量，实现铣头加工过程中产生的热误差的控制和补偿，提高了直驱式数控铣头的加工精度。