本发明专利技术公开了一种基于切削力的热误差模型创建方法，首先因为机床产生的轴向热伸长误差和径向热漂移误差会导致刀具的切深和切宽发生变化，从而导致机床产生热误差前后，同样加工条件下切削力大小会发生变化，所以测量相同加工环境下机床产生热误差前后的切削力，建立切削力与热误差的数学模型，就可以根据切削力的变化值，得到当前的机床热误差，即本发明专利技术能够基于切削力的变化得到当前机床的热误差，从而创建热误差模型。从而创建热误差模型。从而创建热误差模型。
【技术实现步骤摘要】
基于切削力的热误差模型创建方法及求解方法
[0001]本专利技术属于机械误差分析
，具体的为一种基于切削力的热误差模型创建方法及求解方法。
技术介绍
[0002]随着航空航天、模具加工等行业的快速发展，对复杂工件的精密制造需求逐渐增加，五轴数控机床的角色也越来越重要。五轴数控机床在工作时，受加工系统内外多种复杂因素影响，必然产生加工误差，且这些误差对被加工零件的精度及表面质量有较大影响。大量研究表明：影响机床加工工件精度的主要误差是热致误差，占数控机床所有误差的比值达40％以上。相比传统三轴机床，五轴数控机床不仅轴数更多且具有更高的主轴转速与进给速度，其内部热致因素众多，因此，开展五轴数控机床的热误差识别，对补偿热误差提高五轴数控机床的加工精度具有重要的价值。在ISO230
‑
3，ISO10791
‑
10等标准中,对机床主轴和进给轴的热误差测量进行了详细的描述。关于五轴数控机床的旋转轴(C轴)热误差测量,尽管尚未形成相应的行业标准，但是国内外相关学者开始尝试使用R
‑
test测量装置、机床在机测头以及切削试件等测量方式测量机床旋转轴的热误差。机床的主要热误差包括主轴热误差和进给驱动轴热误差，电机和轴承的温度变化是主轴热误差的主要来源，主轴引起的热误差包括轴向热伸长误差和径向热漂移误差。
[0003]虽然以往的研究提出了很多的热误差建模和预测的方法但是也存在一些缺点，主要有：
[0004](1)需要很多的温度传感器才能达到高精度测量；
[0005](2)温度敏感点选择方法存在很多缺陷，无法从根本上解决多重共线性和传感器耦合问题；
[0006](3)热误差模型的建模方法的鲁棒性低。
技术实现思路
[0007]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于切削力的热误差模型创建方法及求解方法，能够基于切削力的变化得到当前机床的热误差，从而创建热误差模型。
[0008]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]本专利技术首先提出了一种基于切削力的热误差模型创建方法：
[0010]利用指数公式表示切削力F：
[0011][0012]其中，D表示决定于被加工材料和切削条件的系数；a、b、c、d表示各工艺参数的指数；v
c
表示切削速度；f
z
表示每齿进给量；a
p
表示轴向切深；a
e
表示径向切削深度；
[0013]将切削力F在机床坐标系的X、Y、Z三个方向分解为F
x
、F
y
、F
z
三个分力，分别为：
[0014][0015][0016][0017]其中，D1、D2、D3分别表示X,Y,Z三个方向决定于被加工材料和切削条件的系数；a1、b1、c1、d1表示X向分力工艺参数的指数；a2、b2、c2、d2表示Y向分力工艺参数的指数；a3、b3、c3、d3表示Z向分力工艺参数的指数；
[0018]由于热误差导致机床主轴存在径向漂移和轴向伸长；
[0019]主轴径向漂移导致机床的径向切削深度发生改变，即径向切削深度的变化值是主轴径向漂移的函数，表示为：
[0020]Δa
e
＝f(δ
x
,δ
y
)
[0021]其中，Δa
e
表示径向切削深度的变化值；δ
x
、δ
y
表示主轴因热误差导致的在X、Y方向的径向漂移；
[0022]主轴轴向伸长导致机床的轴向切深发生改变，且轴向伸长与轴向切深之间的关系为：
[0023]δ
z
＝Δa
p
[0024]其中，Δa
p
表示轴向切深的变化值；δ
z
表示主轴因热误差导致的在Z方向的轴向伸长；
[0025]因此，因热误差导致的机床切削力的变化可表示为：
[0026][0027][0028][0029]其中，ΔF
x
表示同等加工条件下，因热误差导致的前后两次切削在x方向上的切削力的变化值；
[0030]ΔF
y
表示同等加工条件下，因热误差导致的前后两次切削在y方向上的切削力的变化值；
[0031]ΔF
z
表示同等加工条件下，因热误差导致的前后两次切削在z方向上的切削力的变化值；
[0032]从而可以求解得到机床热误差的表达式为：
[0033][0034][0035][0036]其中，V表示主轴转速；
[0037]A0,A1,A2,A3,A4表示X方向热误差的回归系数；
[0038]B0,B1,B2,B3,B4表示Y方向热误差的回归系数；
[0039]C0,C1,C2,C3,C4表示Z方向热误差的回归系数；
[0040]从而创建得到热误差模型。
[0041]本专利技术还提出了一种如上所述基于切削力的热误差模型创建方法创建得到的热
误差模型的求解方法，测量至少15组机床主轴的热误差
‑
切削力数据并代入所述热误差模型，利用多元回归算法求解热误差模型中在X方向热误差的回归系数、在Y方向热误差的回归系数和在Z方向热误差的回归系数；其中，热误差
‑
切削力数据包括热误差数据和对应的切削力数据。
[0042]进一步，热误差数据的测量方法为：
[0043]沿主轴轴向方向分别设置两个用于检测主轴在X方向上的径向漂移的位移传感器和两个用于检测主轴在Y方向上的径向漂移的两个位移传感器；在主轴的自由端端部设置一个用于检测主轴在Z方向上的轴向伸长的位移传感器；从而可以得到：
[0044][0045][0046]δ
z
＝z
[0047][0048][0049]其中，L
x
，L
y
分别为主轴固定端距离X、Y方向最近的位移传感器距的距离；H
x
，H
y
分别为X、Y方向上的两个位移传感器之间的距离；x1，x2分别为X方向上的两个位移传感器测量得到的位移值；y1，y2分别为Y方向上的两个位移传感器测量得到的位移值；z为Z方向上的位移传感器测量得到的位移值；。α
x
，α
y
分别为绕Y、X轴的热倾斜。
[0050]本专利技术的有益效果在于：
[0051]本专利技术基于切削力的热误差模型创建方法，首先因为机床产生的轴向热伸长误差和径向热漂移误差会导致刀具的切深和切宽发生变化，从而导致机床产生热误差前后，同样加工条件下切削力大小会发生变化，所以测量相同加工环境下机床产生热误差前后的切削力，建立切削力与热误差的数学模型，就可以根据切削力的变化值，得到当前的机床热误差，即本专利技术能够基于切削力的变化得到当前机床的热误差，从而创建热误差模型。
附图说明...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于切削力的热误差模型创建方法，其特征在于：利用指数公式表示切削力F：其中，D表示决定于被加工材料和切削条件的系数；a、b、c、d表示各工艺参数的指数；v
c
表示切削速度；f
z
表示每齿进给量；a
p
表示轴向切深；a
e
表示径向切削深度；将切削力F在机床坐标系的X、Y、Z三个方向分解为F
x
、F
y
、F
z
三个分力，分别为：三个分力，分别为：三个分力，分别为：其中，D1、D2、D3分别表示X,Y,Z三个方向决定于被加工材料和切削条件的系数；a1、b1、c1、d1表示X向分力工艺参数的指数；a2、b2、c2、d2表示Y向分力工艺参数的指数；a3、b3、c3、d3表示Z向分力工艺参数的指数；由于热误差导致机床主轴存在径向漂移和轴向伸长；主轴径向漂移导致机床的径向切削深度发生改变，即径向切削深度的变化值是主轴径向漂移的函数，表示为：Δa
e
＝f(δ
x
,δ
y
)其中，Δa
e
表示径向切削深度的变化值；δ
x
、δ
y
表示主轴因热误差导致的在X、Y方向的径向漂移；主轴轴向伸长导致机床的轴向切深发生改变，且轴向伸长与轴向切深之间的关系为：δ
z
＝Δa
p
其中，Δa
p
表示轴向切深的变化值；δ
z
表示主轴因热误差导致的在Z方向的轴向伸长；因此，因热误差导致的机床切削力的变化可表示为：因此，因热误差导致的机床切削力的变化可表示为：因此，因热误差导致的机床切削力的变化可表示为：其中，ΔF
x
表示同等加工条件下，因热误差导致的前后两次切削在x方向上的切削力的变化值；ΔF
y
表示同等加工条件下，因热误差导致的前后两次切削在y方向上的切削力的变化值；ΔF
z
表示同等加工条件下，因热误差导致的前后两次切削在z方向上的切削力的变化值；从而可以求解得到机床热误差的表达式为：δ
x
＝A0ΔF...
【专利技术属性】
技术研发人员：王四宝，汤滨瑞，孙守利，黄强，赵增亚，王泽华，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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