一种基于在线测量的磨齿机热误差动态建模与补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种基于在线测量的磨齿机热误差动态建模与补偿方法，模型建立阶段每个齿轮加工前，磨齿机在线测量系统执行测量运动，得到误差数据与温度数据，根据数据建立误差模型；误差补偿阶段每个磨齿周期第1件齿轮加工前，执行测量运动，得到首件误差，进行测后补偿；后续齿轮加工前，采集温度数据代入误差模型，得到模型计算值，进行模型补偿；每隔固定个磨齿周期，进行模型监测，随机一个齿轮加工前，执行测量运动，得到误差测量值，同时，根据温度数据与误差模型得到模型计算值；比较误差测量值与模型计算值，若两者差值小于设定值，则继续补偿；否则重新进行模型建立。本发明专利技术可以提高实际工况下的磨齿机加工精度，并保持长期稳定。期稳定。期稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种基于在线测量的磨齿机热误差动态建模与补偿方法


[0001]本专利技术属于数控机床误差补偿领域，涉及一种基于在线测量的磨齿机热误差动态建模与补偿方法。
技术背景
[0002]磨齿加工中，受到磨削热、冷却液、运动部件的摩擦热、电机散热等影响，机床关键部件温度上升，产生热变形，从而导致磨齿机砂轮与工件的相对位置发生改变，产生加工误差。建立误差模型、预测加工误差、实施误差补偿是减小加工误差的有效方法。然而，目前的误差模型的建立多由机床空载下的测试数据建立的，与实际加工状态相差较远，导致实际应用中，补偿精度不高。此外，当装备状态、加工工况、环境等因素发生改变时，以单次测试数据建立的误差模型精度剧烈下降，补偿模型失效，即单次测试数据建立的误差模型不能适用于复杂的实际工况。
[0003]一个磨齿周期主要分为砂轮修整、磨削加工两个过程。砂轮修整过程中，机床温度明显下降，导致之后的加工的齿轮精度下降；在磨削加工过程中，磨齿机对多件齿轮依次加工，机床温度会明显上升，进一步导致了齿轮加工精度的不稳定。根据齿轮加工特点，磨齿机X方向的热误差对齿轮关键精度指标M值具有明显的影响。
[0004]申请号201510236553.1的专利中，公开了一种磨齿机工作状态时热误差测量装置及测量方法，该系统包括温度传感器、位移传感器、检棒、支架，其中温度传感器固定在机床发热部件，位移传感器通过支架固定在磨齿机主轴基座上，长度为680
‑
720mm的检棒固定在工作台上，实现了在磨齿机工作状态时的热误差测量。但是该专利技术在工作台上固定了长达680
‑
720mm的检棒，需要修改齿轮夹具，过长的检棒也妨碍了磨齿机的自动化上下料的进行。对于轴齿轮，受零件结构限制不能采用该系统。此外，该专利中的提出的误差模型建立方法仍然是传统的单次数据建模，并未提出动态建模方法，不能适应多变的实际工况。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种基于在线测量的磨齿机热误差动态建模与补偿方法，以提高在实际加工过程中的齿轮精度，解决误差补偿模型在不同工况下易失效的问题，保证磨齿机加工精度长期稳定。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于在线测量的磨齿机热误差动态建模与补偿方法，包括以下步骤：
[0007]1)模型建立：在模型建立阶段的m个磨齿周期中，每件齿轮加工前，磨齿机在线测量系统执行测量运动，得到误差数据；同时，温度传感器采集温度数据。根据采集的误差数据与温度数据，建立误差模型。
[0008]2)误差补偿：模型建立后，每个磨齿周期的第1件齿轮加工前，磨齿机在线测量系统执行测量运动得到首件误差；根据首件误差，对磨齿周期的第1件齿轮进行测后补偿；后续齿轮加工前，温度传感器采集温度数据；根据温度数据与误差模型，得到模型计算值，并
根据误差计算值进行模型补偿。
[0009]3)模型监测：误差补偿每执行c个磨齿周期，进行一个磨齿周期的模型监测；在该周期中，随机一件齿轮加工前磨齿机在线测量系统执行测量运动，得到该齿轮加工前的误差测量值；同时，根据温度数据与误差模型得到模型计算值；将误差测量值与模型计算值进行比较，若两者差值小于设定值，则继续补偿；若两者差值超过设定值，则重新进行步骤1)模型建立，对误差模型进行重建。
[0010]进一步，所述磨齿机在线测量系统包括：温度传感器、位移传感器、传感器支架。所述温度传感器安装在磨齿机各主要部件，如大立柱、小托座、电主轴、大托座、工作台、床身等处的温度测点上；所述传感器支架安装在大立柱、小托座上，所述位移传感器安装在传感器支架上。磨齿机在线测量系统用于测量当前的误差数据。
[0011]进一步，所述测量运动包括：磨齿机运动X、Y、Z轴，将位移传感器移动到一固定位置，该位置使得位移传感器可以测量到磨齿机工作台外圆X+方向的最外侧。同时，磨齿机工作台旋转到一固定角度，即C轴旋转到一固定角度。位移传感器测量该坐标下的砂轮相对工作台的位置。
[0012]进一步，所述步骤1)模型建立，具体内容为：
[0013]在模型建立需要的m个磨齿周期中，每件齿轮加工前，磨齿机在线测量系统执行测量运动，得到模型建立阶段第i个磨齿周期第j件齿轮加工前的砂轮相对工作台的位置P
ij
；同时测量温度，得到模型建立阶段第i个磨齿周期第j件齿轮加工前的第k个温度测点的温度T
ijk
。
[0014]模型建立阶段第i个磨齿周期第j件齿轮加工前的砂轮相对工作台的位置P
ij
减去同一磨齿周期第1件齿轮加工前的砂轮相对工作台的位置P
i1
，即为模型建立阶段第i个磨齿周期第j件齿轮加工前的机床热误差E
ij
，如下式所示：
[0015]E
ij
＝P
ij
‑
P
i1
[0016]同样的，模型建立阶段第i个磨齿周期第j件齿轮加工前的机床第k个温度测点的温度T
ijk
减去同一周期第1件齿轮加工前的机床第k个温度测点的温度T
i1k
，即为模型建立阶段第i个磨齿周期第j件齿轮加工前的机床第k个温度测点的温度变化量ΔT
ijk
，如下式所示：
[0017]ΔT
ijk
＝T
ijk
‑
T
i1k
[0018]根据模型建立阶段机床热误差E
ij
与机床各温度测点的温度变化量ΔT
ijk
，运用多元线性回归、神经网络、支持向量回归等方法，构建误差模型f，如下式所示：
[0019]E
ij
＝f(ΔT
ij1
,ΔT
ij2
,
…
,ΔT
ijk
,
…
,ΔT
ijt
)+ε
[0020]式中f为机床各温度测点的温度变化量ΔT
ijk
对机床热误差E
ij
的映射，即误差模型，ε为模型残差。
[0021]在模型建立阶段中，i＝1,2,
……
,m，j＝1,2,
……
,n，k＝1,2,
……
,t，m为模型建立所需要的磨齿周期数，n为一个磨齿周期加工的齿轮件数，t为机床各部件处的温度测点总数。
[0022]进一步，所述步骤2)误差补偿，具体内容为：
[0023]误差补偿阶段第i个磨齿周期第1件齿轮加工前，磨齿机在线测量系统执行测量运动，误差补偿阶段第i个磨齿周期第1件齿轮加工前的砂轮相对工作台的位置Pf
i1
。Pf
i1
减去
模型建立阶段中第1个磨齿周期第1件齿轮加工前的砂轮相对工作台的位置P
11
，得到误差补偿阶段第i个磨齿周期第1件齿轮加工前相对模型建立阶段第1个磨齿周期第1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于在线测量的磨齿机热误差动态建模与补偿方法，其特征在于：包括以下步骤：1)模型建立：在模型建立阶段的m个磨齿周期中，每件齿轮加工前，磨齿机在线测量系统执行测量运动，得到误差数据；同时，温度传感器(5)采集温度数据；根据采集的误差数据与温度数据，建立误差模型；2)误差补偿：模型建立后，每个磨齿周期第1件齿轮加工前，磨齿机在线测量系统执行测量运动，得到首件误差；根据首件误差，对磨齿周期的第1件齿轮进行测后补偿；磨齿周期的后续齿轮加工前，温度传感器(5)采集温度数据，根据温度数据与误差模型，得到模型计算值；根据模型计算值，进行模型补偿；3)模型监测：误差补偿每执行c个磨齿周期，进行一个磨齿周期的模型监测；在该周期中，随机一件齿轮加工前，磨齿机在线测量系统执行测量运动，得到该齿轮加工前的误差测量值；同时，根据温度数据与误差模型，得到模型计算值；将误差测量值与模型计算值进行比较，若两者差值小于设定值，则继续补偿；若两者差值超过设定值，则重新进行步骤1)模型建立，对误差模型进行重建。2.根据权利要求1所述的磨齿机在线测量系统，其特征在于：包括温度传感器(5)、位移传感器(10)、传感器支架(11)；所述温度传感器(5)安装在磨齿机各主要部件，如大立柱(1)、小托座(2)、电主轴(4)、大托座(6)、工作台(9)、床身(12)等处的温度测点上；所述传感器支架(11)安装在大托座(6)、小托座(2)上，所述位移传感器(10)安装在传感器支架(11)上。3.根据权利要求1所述的测量运动，其特征在于：磨齿机运动X、Y、Z轴，将位移传感器(10)移动到一固定位置，该位置使得位移传感器(10)可以测量到磨齿机工作台(9)外圆X+方向的最外侧；同时，磨齿机工作台(9)旋转到一固定角度，即C轴旋转到一固定角度；位移传感器(10)测量该坐标下的砂轮(3)相对工作台(9)的位置。4.根据权利要求1所述的模型建立，其特征在于：在所述模型建立需要的m个磨齿周期中，每件齿轮加工前，磨齿机在线测量执行测量运动，得到模型建立阶段第i个磨齿周期第j件齿轮加工前的砂轮(3)相对工作台(9)的位置P
ij
；同时测量温度，得到模型建立阶段第i个磨齿周期第j件齿轮加工前的机床第k个温度测点的温度T
ijk
；模型建立阶段第i个磨齿周期第j件齿轮加工前的砂轮(3)相对工作台(9)的位置P
ij
减去同一磨齿周期第1件齿轮加工前的砂轮(3)相对工作台(9)的位置P
i1
，即为模型建立阶段第i个磨齿周期第j件齿轮加工前的机床热误差E
ij
，如下式所示：E
ij
＝P
ij
‑
P
i1
同样的，模型建立阶段第i个磨齿周期第j件齿轮加工前的机床第k个温度测点的温度T
ijk
减去同一周期第1件齿轮加工前的机床第k个温度测点的温度T
i1k
，即为模型建立阶段第i个磨齿周期第j件齿轮加工前的机床第k个温度测点的温度变化量ΔT
ijk
，如下式所示：ΔT
ijk
＝T
ijk
‑
T
i1k
根据模型建立阶段机床热误差E
ij
与机床各温度测点的温度变化量ΔT
ijk
，运用多元线性回归、神经网络、支持向量回归等方法，构建误差模型f，如下式所示：E
ij
＝f(ΔT
ij1
,ΔT
ij2
,
…
,ΔT
ijk
,
…
,ΔT
ijt
)+ε式中f为机床各温度测点的温度变化量ΔT
ijk
对机床热误差E
ij
的映射，即误差模型，ε为
模型残差；在模型建立阶段中，i＝1,2,
……
,m，j＝1,2,
……
,n，k＝1,2,
……
,t，m为模型建立所需要的磨齿周期数，n为一个磨齿周期加工的齿轮件数，t为机床各部件处的温度测点总数。5.根据权利要求1所述的误差补偿，其特征在于：所述误差模型建立后，进入误差补偿阶段；误差补偿阶段第i个磨齿周期第1件齿轮加工前，磨齿机在线测量执行测量运动，得到误差补偿阶段第i个磨齿周期第1件齿轮加工前的砂轮(3)相对工作台(9)的位置Pf
i1
；Pf
i1
减去模型建立阶段中第1个磨齿周期第1件齿轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国龙，李喆裕，徐凯，王志远，陈孝勇，肖扬，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：