[发明专利]一种从机床定位误差中分离热误差的方法和系统

说明书

本发明公开了一种从机床定位误差中分离热误差的方法，包括在机床传动系统中选择热敏测点并监测其温度变化，测量各个热敏测点的定位误差；从冷机状态开始，来回循环测量定位误差并记录热敏测点的温度值，直至传动系统达到热平衡状态；对每轮循环取相同部位的前后热敏测点定位偏差数据去除相同测试条件下的微小误差，得到剩余误差；分别将不同测量循环对应的剩余误差平均值减去冷机状态下的值，分离得到传动系统在不同温升状态下的热误差。该方法操作方便，数据处理快捷，可更准确、快速的实现机床丝杠传动系统中热误差的分离。

技术领域

本发明属于数控机床误差测量、建模的应用领域，具体涉及一种从机床丝杠传动定位误差中分离出热误差的方法。

背景技术

丝杠作为机床加工过程中关键的传动装置，在工作过程中的发热会导致机床床身和其他零部件的受热膨胀，膨胀幅度的大小主要取决于温度和机床部件的材料特性，而由此引发的丝杠传动热误差会导致工作台的定位误差随温度的变化而变化。其中丝杠传动的定位误差主要包含有螺距误差、回程误差、形位误差、热误差、测量误差等，而测量误差一般可以通过规范操作测量器件和重复测量对其进行避免或者减小，对于定位误差结果影响较小，一般不予考虑。

如文献(王维，杨建国，姚晓栋，等.数控机床几何误差与热误差综合建模及其实时补偿[J].机械工程学报，2012，48(07):165-170，179.)采用激光干涉仪对立式加工中心的移动Y轴进行定位误差检测，测量起点为数控机床坐标零点，每25mm取一个测量点，根据行程取17个测量点，分别测量了机床不同温度状态下的定位误差，根据不同温度的定位误差值建立热误差模型。其实质是根据定位误差的变化间接反映热误差的规律，即拟合数据曲线的斜率与温度变化的关系来进行建模补偿，但未对热误差进行提取。

文献(刘宏伟，陈吉红，向华.机床丝杠热误差的测量与补偿研究[J]. 制造技术与机床，2018(03):154-156.)中采用ANSYS分析丝杠的热变形云图得出温度传感器的布置位置，根据丝杠受热变形公式，计算出一维变温热误差的微分方程，选用激光干涉仪测量丝杠在不同温度下的伸长量，最后利用最小二乘法将丝杠的温升和产生的热误差曲线进行拟合，建立热误差模型，但未计算出热误差的具体数值。

又如文献(孙磊.数控机床主轴热误差动态检测与分离研究[D].浙江大学,2013.)根据发热会引起机床主轴结构发生热膨胀从而导致热偏移这一原理，利用电涡流位移传感器来测量主轴热偏移参数，然后在LabVIEW中调用MATLAB进行复合编程，最后将传感器获取的热变形数据和温度数据进行多元线性回归建模和RBF神经网络建模，建立最终的热误差模型。而该方法也是仅仅通过获得热偏移参数来反映热误差在不同热源下的不同程度，并没有计算出热误差的具体数值。

德国西门子公司研发的840D数控系统中具有的温度补偿功能也能用来修正热误差带来的影响。通过测量定位误差并且拟合出定位误差在不同温度下的误差曲线，用误差曲线的斜率与位置偏移量的乘积加上与温度无关的温度补偿值，即可获得最终的补偿值，最后在插补周期内将根据温度计算得到的补偿值送入数控系统来修正轴的运动。但是此系统也未分离热误差数值。

又如实用新型专利(CN201720165697.7)公开了一种机床进给轴丝杠热误差的补偿装置，该方法利用红外线温度传感器分别检测丝杠螺母、螺母所在丝杠的位置、行程之间的丝杠等位置的温度，将检测到的温度值送入进给轴热误差实时计算模块，根据进给轴位置读取模块进而进行补偿，对于热误差的大小仅根据测得的温度值进行计算，并未提到热误差详细的提取或计算方法。