[发明专利]一种分区域机床热误差补偿方法

说明书

本发明公开了一种分区域机床热误差补偿方法，属于数控设备控制领域。该方法通过对工作台划分区域进而建立各区域热误差预测模型，在补偿实施过程中，根据实时采集的机床主轴坐标值判断机床主轴所属区域，进而调用所属区域的热误差预测模型对主轴相对所属区域的热误差进行预测和补偿，其考虑了机床热误差在工作台不同范围内的差异性，实现了对机床热误差在全工作台范围内的高精度补偿。

技术领域

本发明属于数控设备控制领域，更具体地说，涉及一种分区域机床热误差补偿方法。

背景技术

作为装备制造的“工作母机”，数控机床象征着一个国家制造业水平的高低，而数控机床的加工精度往往代表着机床性能的高低。数控机床在实际加工运行过程中，由于受到摩擦热、切削热和环境温度等因素的影响，机床零部件会膨胀产生热变形。此热变形会改变机床各部件之间的相对位置，使刀具偏离理想切削点，导致机床加工精度降低，而这种由热变形引起的误差称之为热误差。

据统计，数控机床热误差在机床总误差中占40～70％，且随着机床产品等级的提升，该比例会进一步增大。对热误差进行建模、预测和补偿是目前有效解决热误差导致机床精度下降问题的常用手段，国内外学者对此进行了大量深入的研究，热误差建模理论不断发展，且热误差实际补偿效果不断提升。但是，目前国内外针对精密数控机床热误差的补偿技术，基本参考国际标准中关于热误差补偿的做法，仅针对工作台固定单点位置(通常为工作台中心)进行热误差补偿。

如中国专利申请号为：CN201510425395.4，公开日为：2015年9月30日的一件专利文献，公开了一种可有效提高机床加工精度的基于加强朴素贝叶斯网络的机床热误差补偿方法。该方法通过实测样本数据，建立朴素贝叶斯网络分类模型和BAN的网络结构，然后计算得出条件概率表并完成分类，最后通过实时预测机床热误差并对机床进行相应的补偿调节，实现了具体工况下的机床热误差预测。

又如中国专利申请号为：CN201610256897.3，公开日为：2016年6月22日的一件专利文献，公开了一种实现大范围环境温度的机床稳健性热误差补偿的数据处理方法，包括步骤：1.提取建模温度自变量Xk；2.对Xk作标准化处理，由标准化温度自变量Xk*转换得到主成分Zk的表达式；3.提取前p个主成分参与建模；4.对主轴热变形量Sj作标准化处理，建立标准化热变形量Sj*和前p个主成分之间的多元线性回归方程；5.将Sj*和前p个主成分之间的回归方程转化为Sj*和Xk*的方程；6.将Sj*和Xk*的回归方程转化为Sj和Xk的方程，建立热误差补偿模型；并进一步对所述热误差模型的预测性能进行分析。

上述两个方案即为单点式机床热误差补偿方法，而实际上由于工作台的热变形规律复杂多变，机床在全工作台的不同范围内的热误差规律存在显著差异，导致基于某一固定位置点的热误差补偿方法体现在全工作台范围内时，热误差补偿效果会明显下降。

现有技术中也存在非单点式机床热误差补偿方法，但是在实际使用时效果并不理想。如中国专利申请号为：CN201610231754.7，公开日为：2016年6月22日的专利文献，公开了一种精密数控机床全工作台曲面热误差补偿方法，包括：采集机床的主轴关键部位的温度信息和工作台代表位置点的Z轴坐标信息；筛选出温度敏感点；建立全工作台范围内各测点的热误差模型；将所建立的各测点热误差模型嵌入补偿器中；计算出当下该温度时刻各测点处的预测热变形量；对该温度时刻各测点的预测热变形量进行曲面建模，建立全工作台曲面热误差补偿模型；计算出机床在该坐标位置下的热误差补偿值；将所得补偿值输入到机床，结合坐标原点偏移实现机床全工作台范围内Z轴轴向热误差实时补偿。该方案能够对全工作台范围Z轴轴向进行热误差的建模、预测和补偿，但是需要建立复杂的二维曲面模型，导致热误差补偿的实时性变差，进而导致实际补偿效果下降。

发明内容

1、要解决的问题