[发明专利]一种数控机床几何精度在线监测方法

说明书

本发明一种数控机床几何精度在线监测方法属于数控机床技术领域，涉及一种数控机床几何精度在线监测方法。该方法中，首先在机床基础件表面粘贴应变片；通过搭建的无线应变监测系统，采集并远程传输各离散测点应变数据；将离散应变数据作为边界条件，求解满足双调和函数的应力方程，预测机床基础件表面应变场分布，通过积分得到机床基础件变形状态；再通过端点连线法求出机床基础件直线度。该方法具有测量精度高、适应性好的特点，实现了测量—加工无干扰同步进行。应变数据通过无线检测系统进行数据传输，具有占用空间小，为机床维护、故障预紧与自主维修提供了重要数据支持。

技术领域

本发明属于数控机床技术领域，特别涉及一种数控机床几何精度在线监测方法。

背景技术

数控机床基础件(如床身、立柱等)的几何精度是机床各项精度基础，例如床身导轨安装面的直线度。在数控机床长期服役过程中，由于受振动、热等因素影响，机床基础件的内部残余内应力和装配应力释放、重平衡显著，进而造成基础件产生复杂的应力变形，导致机床几何精度不可避免地恶化、衰退。机床几何精度变化规律的获取，不仅对于机床精度保持能力评价，而且对于机床在使用中的精度维护和保障措施的施加具有重要意义。实际生产中，机床厂家和用户单位大多采用几何精度精密测量仪器(例如激光干涉仪)定期、间歇式地实施测量。这种检测方法比较复杂、耗时，且需要停机测量，势必给正常生产带来很大压力。特别对于生产线，需要坚决杜绝频繁停机。为此，寻求一种数控机床几何精度在线监测方法，迫在眉睫。

研究表明，多因素影响下的数控机床几何精度在线监测，需满足数据处理能力强、预估精度高、系统抗干扰能力强、不影响机床正常运行等基本条件，具有极大的工程挑战性。通过检测基础件上特征点的应变状态，反算结构变形，完成几何精度预估，为数控机床几何精度在线监测提供了可行性。

四川普什宁江机床有限公司在专利CN104483896A中公开了《数控机床丝杠热补偿的实现方法》，结合热补偿数据库数据，利用热补偿控制器，进行丝杠热变形补偿。北京工研精机股份有限公司在专利CN104400563A中公开了《一种机床加工过程变形的在线补偿方法》，通过布置在大型结构内侧的低膨胀系数的测量框架测量机床特征点位置变化，按照机床的结构模型得知整个机床的变形情况以及主轴刀具中心点变化，最后通过修调刀具位置完成变形补偿。

然而，上述方法均未提及一种数控机床几何精度在线监测方法。

发明内容

本发明目的在于克服现有方法不足，针对服役过程的数控机床几何精度长期、在线监测的问题，发明了一种数控机床几何精度在线监测方法。通过建立参数自适应化几何精度反算算法，覆盖任意复杂测点分布形式应力场函数拟合，实用性强；建立应力函数满足双调和方程，防止拟合场微元出现“裂缝”、“嵌入”现象，提高应力场预测精度，实现直线度精确反算；监测系统采用多应变片分布测量形式，占用空间小，便于组装，实现测量—加工无干扰同步进行，工况适应性强；应变数据进行无线、实时传输与分析，为机床远程智能维护、故障预警与自主维修提供重要数据依据。

本发明采用的技术方案是一种数控机床几何精度在线监测方法，该方法首先在机床基础件表面粘贴应变片；通过搭建的无线应变监测系统，采集并远程传输各离散测点应变数据；将离散应变数据作为边界条件，求解满足双调和函数的应力方程，预测机床基础件表面应变场分布，通过积分得到机床基础件变形状态；再通过端点连线法求出机床基础件直线度。方法的具体步骤如下：

第一步布置应变测点

在机床基础件1的第一侧表面S1、第二侧表面S2的上、下边缘，上表面S3的导轨内侧处的边缘位置粘贴三轴应变片，各表面应变片数量均为k，

其中，[]为取整符号，即[x]为不超过x的最大整数。l为导轨长度。各表面沿导轨方向s相邻应变片间距为d，

第二步采集应变数据