【技术实现步骤摘要】
齿形磨床几何误差和热误差同步控制方法
[0001]本专利技术属于机械误差分析
，具体的为一种基于齿面误差与砂轮/工件位置误差相关性的齿形磨床几何误差和热误差同步控制方法。
技术介绍
[0002]齿形磨床为经济发展和国防安全做出了巨大贡献，是实现高性能齿轮高效、高精度磨削的关键设备。一方面，齿轮成形磨床的磨削精度亟待提高，以提高高性能齿轮的几何精度。但在磨削过程中不可避免地会产生几何误差和热误差，阻碍了高性能齿轮的精度提高。几何误差和热误差是主要的误差源，是综合几何误差的重要组成部分。如果可以控制几何和热误差，则可以显着提高加工精度。但齿面几何精度与机床误差之间的映射关系不明确，导致难以进行精确的误差补偿。目前还没有研究几何误差和热误差的同步补偿方法，当其中一个得到补偿而另一个不受控制时，误差补偿效果较差。此外，当前的几何和热误差建模方法无法实现高度稳健的几何和热误差预测。因此，研究齿轮齿形磨床的几何误差和热误差同时控制是非常必要的。
技术实现思路
[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种齿形磨床几何误差和热误差同步控制方法，通过建立齿面几何精度与机床误差的映射关系，实现对齿形磨床的几何误差和热误差同时控制，并提高齿形磨床的加工精度。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种齿形磨床几何误差和热误差同步控制方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一：根据齿形磨床的拓扑结构，得到理想状态下的砂轮与工件之间的齐次坐标变换矩阵
[
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种齿形磨床几何误差和热误差同步控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：根据齿形磨床的拓扑结构，得到理想状态下的砂轮与工件之间的齐次坐标变换矩阵步骤二：结合齿形磨床每个运动轴的几何误差分量，得到实际状态下的砂轮与工件之间的齐次坐标变换矩阵步骤三：结合砂轮与工件之间在理想状态下的齐次坐标变换矩阵和在实际状态下的齐次坐标变换矩阵得到误差矩阵得到误差矩阵其中，η
x
、η
y
、η
z
、p
x
、p
y
和p
z
表示砂轮相对位置误差和相对旋转角度误差；步骤四：根据齿形磨床的Y轴、A轴、Z轴、X轴和C轴相对于砂轮的微分变换矩阵，分别得到Y轴、A轴、Z轴、X轴和C轴相对于砂轮的微分运动误差矩阵；步骤五：根据Y轴、A轴、Z轴、X轴和C轴相对于砂轮的微分运动误差矩阵，得到综合微分运动误差矩阵E：其中，E表示齿形磨床的综合微分运动误差矩阵；表示Y轴相对于砂轮的微分运动误差矩阵；表示A轴相对于砂轮的微分运动误差矩阵；表示Z轴相对于砂轮的微分运动误差矩阵；表示X轴相对于砂轮的微分运动误差矩阵；表示C轴相对于砂轮的微分运动误差矩阵；J
M
表示磨齿机的雅可比矩阵；δ
X
、δ
Y
和δ
Z
分别表示X轴、Y轴和Z轴的位置误差；ε
A
和ε
C
分别表示A轴和C轴的旋转角度误差；则误差补偿分量为：[δ
X
,δ
Y
,δ
Z
,ε
A
,ε
C
]
T
＝(J
MT
·
J
M
)
‑1·
J
MT
·
E由于砂轮的综合误差分量与砂轮的相对位置误差和相对旋转角度误差相等但方向相反，即：E＝[δ
xg
,δ
yg
,δ
zg
,ε
xg
,ε
yg
,ε
zg
]
T
＝
‑
[p
x
,p
y
,p
z
,η
x
,η
y
,η
z
]
T
其中，δ
xw
、δ
yw
、δ
zw
、ε
xw
、ε
yw
和ε
zw
表示砂轮的综合误差分量；结合误差矩阵求解得到砂轮几何误差补偿值，分别为：δ
X
、δ
Y
、δ
Z
、ε
A
和ε
C
。2.根据权利要求1所述的齿形磨床几何误差和热误差同步控制方法，其特征在于：还包括步骤六：根据齿形磨床的齿形成型原理，得到齿面误差的广义模型为：R
w
(u,κ)＝r
w
[u,ζ(u,κ)；κ]其中，ζ表示砂轮的转角参数；u表示砂轮的轮廓形状参数；κ为广义集合参数；利用砂轮的位置误差Δx
w
、Δy
w
、Δz
w
；砂轮的安装角度误差工件的位置误差Δx
g
、Δy
g
、Δz
g
；工件的旋转角度误差Δθ替代广义集合参数κ，可得到各个误差项作用下的工件的实际齿面，将实际齿面与理论齿面进行比较，可知：误差项Δz
w
、Δz
g
和Δθ对齿形和齿向
误差几乎没有影响；误差项Δx
w
、Δy
w
,、Δx
g
、Δy
g
和对齿面齿廓倾斜偏差有显着影响；其中，Δx
w
和Δx
g
对齿面齿廓倾斜偏差大小和方向的影响作用相同；Δy
w
和Δy
g
对齿面齿廓倾斜偏差大小的影响作用相同，但方向相反，且f
Hαl
在误差范围内与Δx
w
、Δy
w
和成正比，符合叠加原理；由于误差项引起的齿面齿廓倾斜偏差足够小，因此忽略误差项则：由砂轮与工件的相对位置误差Δx
T
和Δy
T
引起的齿廓倾斜偏差f
Hαl
(Δx
T
,Δy
T
)和f
Hαr
(Δx
T
,Δy
T
)分别为：其中：其中，Δx
wT
和Δy
wT
表示砂轮的热误差；Δx
gT
和Δy
gT
表示工件的热误差；可知：控制砂轮的热误差Δx
wT
和Δy
wT
以及工件的热误差Δx
gT
和Δy
gT
对齿形磨床的加工精度重要程度最高。3.根据权利要求2所述的齿形磨床几何误差和热误差同步控制方法，其特征在于：利用热误差预测模型分别对砂轮的热误差Δx
wT
和Δy
wT
以及工件的热误差Δx
gT
和Δy
gT
进行实时预测，以实现对齿形磨床的加工精度的控制；所述热误差预测模型的构建方法，包括如下步骤：1)对原始热误差数据进行预处理；2)随机生成鲸鱼种群，判断鲸鱼种群的初始位置是否超出预设范围；若是，则将鲸鱼种群的初始位置更改为边界；若否，则保持鲸鱼种群的位置；3)建立Bi
‑
LSTM神经网络；4)将鲸鱼种群的位置映射为Bi
‑
LSTM神经网络的批处理大小和隐藏层神经元数量；5)将预处理后的原始热误差数据输入Bi
‑
LSTM神经网络中，以MAE(平均绝对误差)作为鲸鱼优化算法的适应度，通过Bi
‑
LSTM神经网络的训练和预测得到MAE的值；6)判断MAE是否...
【专利技术属性】
技术研发人员：马驰，刘佳兰，桂洪泉，李梦媛，王时龙，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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