[发明专利]一种基于在线测量的磨齿机热误差动态建模与补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于在线测量的磨齿机热误差动态建模与补偿方法，模型建立阶段每个齿轮加工前，磨齿机在线测量系统执行测量运动，得到误差数据与温度数据，根据数据建立误差模型；误差补偿阶段每个磨齿周期第1件齿轮加工前，执行测量运动，得到首件误差，进行测后补偿；后续齿轮加工前，采集温度数据代入误差模型，得到模型计算值，进行模型补偿；每隔固定个磨齿周期，进行模型监测，随机一个齿轮加工前，执行测量运动，得到误差测量值，同时，根据温度数据与误差模型得到模型计算值；比较误差测量值与模型计算值，若两者差值小于设定值，则继续补偿；否则重新进行模型建立。本发明可以提高实际工况下的磨齿机加工精度，并保持长期稳定。

技术领域

本发明属于数控机床误差补偿领域，涉及一种基于在线测量的磨齿机热误差动态建模与补偿方法。

技术背景

磨齿加工中，受到磨削热、冷却液、运动部件的摩擦热、电机散热等影响，机床关键部件温度上升，产生热变形，从而导致磨齿机砂轮与工件的相对位置发生改变，产生加工误差。建立误差模型、预测加工误差、实施误差补偿是减小加工误差的有效方法。然而，目前的误差模型的建立多由机床空载下的测试数据建立的，与实际加工状态相差较远，导致实际应用中，补偿精度不高。此外，当装备状态、加工工况、环境等因素发生改变时，以单次测试数据建立的误差模型精度剧烈下降，补偿模型失效，即单次测试数据建立的误差模型不能适用于复杂的实际工况。

一个磨齿周期主要分为砂轮修整、磨削加工两个过程。砂轮修整过程中，机床温度明显下降，导致之后的加工的齿轮精度下降；在磨削加工过程中，磨齿机对多件齿轮依次加工，机床温度会明显上升，进一步导致了齿轮加工精度的不稳定。根据齿轮加工特点，磨齿机X方向的热误差对齿轮关键精度指标M值具有明显的影响。

申请号201510236553.1的专利中，公开了一种磨齿机工作状态时热误差测量装置及测量方法，该系统包括温度传感器、位移传感器、检棒、支架，其中温度传感器固定在机床发热部件，位移传感器通过支架固定在磨齿机主轴基座上，长度为680-720mm的检棒固定在工作台上，实现了在磨齿机工作状态时的热误差测量。但是该发明在工作台上固定了长达680-720mm的检棒，需要修改齿轮夹具，过长的检棒也妨碍了磨齿机的自动化上下料的进行。对于轴齿轮，受零件结构限制不能采用该系统。此外，该专利中的提出的误差模型建立方法仍然是传统的单次数据建模，并未提出动态建模方法，不能适应多变的实际工况。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种基于在线测量的磨齿机热误差动态建模与补偿方法，以提高在实际加工过程中的齿轮精度，解决误差补偿模型在不同工况下易失效的问题，保证磨齿机加工精度长期稳定。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于在线测量的磨齿机热误差动态建模与补偿方法，包括以下步骤：

1)模型建立：在模型建立阶段的m个磨齿周期中，每件齿轮加工前，磨齿机在线测量系统执行测量运动，得到误差数据；同时，温度传感器采集温度数据。根据采集的误差数据与温度数据，建立误差模型。

2)误差补偿：模型建立后，每个磨齿周期的第1件齿轮加工前，磨齿机在线测量系统执行测量运动得到首件误差；根据首件误差，对磨齿周期的第1件齿轮进行测后补偿；后续齿轮加工前，温度传感器采集温度数据；根据温度数据与误差模型，得到模型计算值，并根据误差计算值进行模型补偿。

3)模型监测：误差补偿每执行c个磨齿周期，进行一个磨齿周期的模型监测；在该周期中，随机一件齿轮加工前磨齿机在线测量系统执行测量运动，得到该齿轮加工前的误差测量值；同时，根据温度数据与误差模型得到模型计算值；将误差测量值与模型计算值进行比较，若两者差值小于设定值，则继续补偿；若两者差值超过设定值，则重新进行步骤1)模型建立，对误差模型进行重建。