[发明专利]精密机床热误差补偿方法

说明书

本发明属于数控机床加工技术领域，具体公开了一种精密机床热误差补偿方法，旨在解决当建模工况和实际工况差异较大时，因热误差预测模型的预测精度和鲁棒性较差引起的热误差补偿效果不好的问题。本发明方法通过进行热误差实验，采集温度数据序列和热变形数据序列，并经过计算将采集到的温度数据分为两类，然后对分类后的样本数据X进行了特征提取，从而计算确定出最优自变量的权值，以此建立的热误差预测模型具有较高的预测精度和较强的鲁棒性，将之应用于机床上进行热误差补偿，即使是在实际工况与建模工况差异较大的情况下，也能够获得较好的热误差补偿效果。

技术领域

本发明属于数控机床加工技术领域，具体涉及一种精密机床热误差补偿方法。

背景技术

在数控机床精密加工中，热误差已经成为影响零件制造精度的主要因素之一，其占到整个机床制造误差的50～70％。目前，有许多方法可以降低热误差的影响，如采用结构对称设计，使用热膨胀系数低的材料，控制工作间的温度及热误差补偿等方法。由于复杂的热生成机理及不断变化的内外部热源，使得热误差补偿方法被认为是最经济有效的方法。

在热误差补偿技术中，核心问题是建立预测精度高、鲁棒性强的数学模型。而测点的布置及选择是决定模型的预测精度和鲁棒性的关键。

目前，测点选择及优化是先基于工程经验，在机床布置大量温度传感器，再利用统计相关分析选出少量温度传感器建模。由于这种方法选择的最优测点会随着工况的变化而变化，因此，当建模工况和实际工况差异较大时，这样选择的模型变量建立的预测模型的预测精度和鲁棒性较差。

发明内容

本发明提供了一种精密机床热误差补偿方法，旨在解决当建模工况和实际工况差异较大时，因热误差预测模型的预测精度和鲁棒性较差引起的热误差补偿效果不好的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：精密机床热误差补偿方法，包括下列步骤：

步骤一，在机床上进行热误差实验，采集温度数据序列和热变形数据序列；

其中，温度数据序列为在设定工况下对n个温度测点进行m次温度数据采集得到，表示为样本数据X：

公式(1)中，n和m均为大于1的自然数；

步骤二，对样本数据X进行分类，过程如下：

a.样本数据X的标准化处理；

首先，采用以下公式计算每个参考因素下单个样本的平均值

公式(2)中，x_ij为样本数据X中第i行第j列的温度测点的温度值；

其次，采用以下公式计算出标准差S_j；

最后，采用以下公式计算出标准化后的温度值x'_ij；

b.定义和计算类的直径D；

将样本数据X分为k类，设{x₁，x_t+1，…，x_k}为其中的一种分类，k≥t；上述分类中样本点与它在最小二乘线性回归直线上所得的离差平方和由以下公式表示：

公式(5)中，D(i，j)表示这一类的直径，为第i个到第j个温度变量的均值，由以下公式计算得到；

公式(6)中x_i表示第i个温度测点的温度；

c.最小误差函数的计算；