环境温度影响下立式机床z轴热误差建模方法及系统技术方案

本发明专利技术属于数控加工相关技术领域，其公开了一种环境温度影响下立式机床Z轴热误差建模方法及系统，所述方法包括：获取立式加工中心Z轴的上端轴承温升和螺母温升；基于上端轴承温升构建零点误差模型，并基于所述螺母温升构建区间误差模型；将所述零点误差模型和区间误差模型叠加获得环境温度与热误差的关系模型；采用上端轴承温升、螺母温升以及热误差对关系模型进行训练即可获得训练完成的关系模型。本申请可以精确的描述热误差与温度场之间的非线性变化规律。性变化规律。性变化规律。

【技术实现步骤摘要】
环境温度影响下立式机床z轴热误差建模方法及系统


[0001]本专利技术属于数控加工相关
，更具体地，涉及一种环境温度影响下立式机床z轴热误差建模方法及系统。

技术介绍

[0002]在非恒温车间，数控机床加工时，机床运动轴的热伸长受内部热源和外部环境的共同作用产生非线性温度响应和复杂的结构变形，导致加工精度降低甚至精度失效，而出现前述问题的原因在于在不同的环境温度下，机床的热特性不同，这也是当前应用于工程的热误差补偿模型在不同的季节或者不同环境温度下失效的缘由。
[0003]热误差建模通常是指建立机床不同轴的热变形与对应温度之间的映射关系，常见的用于构建热误差预测模型的方法有：最小二乘法、支持向量机模型、神经网络模型、机器学习模型等，上述方法不是忽略了机床热变形是一个复杂的、时变的非线性问题，就是需要考虑大量的数据样本以保证模型的精度。同时上述方法中的环境温度变量多作为一个特征，作为影响总热误差的一部分误差项，但实际上对于立式加工中心而言，环境温度的不同导致的是机床热特性的不同，而非单独造成误差项。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种环境温度影响下立式机床z轴热误差建模方法及系统，可以精确的描述热误差与温度场之间的非线性变化规律。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种环境温度影响下立式机床Z轴热误差建模方法，所述方法包括：S1：获取立式加工中心Z轴的上端轴承温升ΔT
up
和螺母温升ΔT/>nut
；S2：基于所述上端轴承温升构建零点误差模型，并基于所述螺母温升构建区间误差模型，其中，所述零点误差模型b为：
[0006]b＝b
a
[1
‑
exp(
‑
ΔT
up
/b
b
)][0007]所述区间误差模型k为：
[0008]k＝k
a
[1
‑
exp(
‑
ΔT
nut
/k
b
)][0009]其中，b
a
、b
b
、k
a
、k
b
为环境温度调整参数；
[0010]S3：将所述零点误差模型和区间误差模型叠加获得环境温度与热误差的关系模型；S4：采用上端轴承温升、螺母温升以及热误差对所述关系模型进行训练即可获得训练完成的关系模型。
[0011]优选地，步骤S3具体为以所述零点误差模型为截距，并以所述区间误差模型为斜率建立不同位置处环境温度与热误差的关系。
[0012]优选地，所述环境温度调整参数b
a
、b
b
、k
a
、k
b
为以环境温度为变量的多阶多项式。
[0013]优选地，所述环境温度调整参数b
a
、b
b
、k
a
、k
b
为以环境温度为变量的三阶多项式。
[0014]优选地，所述环境温度与热误差δt的关系为：
[0015]δt＝k*x+b
[0016]其中，x为Z轴丝杠运行区间的位置。
[0017]优选地，所述上端轴承温升和螺母温升通过对上端轴承温度和螺母温度进行数据降维处理得到。
[0018]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种环境温度影响下立式机床Z轴热误差建模系统，所述系统包括：温升获取模块：用于获取立式加工中心Z轴的上端轴承温升ΔT
up
和螺母温升ΔT
nut
；模型构建模块：用于基于所述上端轴承温升构建零点误差模型，并基于所述螺母温升构建区间误差模型，其中，所述零点误差模型b为：
[0019]b＝b
a
[1
‑
exp(
‑
ΔT
up
/b
b
)][0020]所述区间误差模型k为：
[0021]k＝k
a
[1
‑
exp(
‑
ΔT
nut
/k
b
)][0022]其中，b
a
、b
b
、k
a
、k
b
为环境温度调整参数；
[0023]叠加模块：用于将所述零点误差模型和区间误差模型叠加获得环境温度与热误差的关系模型；训练模块：用于采用上端轴承温升、螺母温升以及热误差对所述关系模型进行训练即可获得训练完成的关系模型。
[0024]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的环境温度影响下立式机床z轴热误差建模方法及系统具有如下有益效果：
[0025]1.本申请将热误差拆分成零点误差和区间误差，并采用指数形式来表征零点误差和区间误差，可以很好的描述热误差和温度场之间的非线性变化规律。
[0026]2.环境温度调整参数采用三阶多项式的形式，可以匹配过程多种环境状况，避免环境温度变化导致的模型失效的问题，同时三阶多项式在保证精度的同时又保证了迭代速度，既兼顾了精度又保证了效率。
[0027]3.本申请采用上端轴承温度和螺母温度进行温度表征研究，上端轴承温度和螺母温度对温度较为敏感，既可以保证采集精度又可以降低采集工作量以及后续数据处理工作量。
附图说明
[0028]图1是环境温度影响下立式机床Z轴热误差建模方法的步骤图；
[0029]图2是环境温度影响下立式机床Z轴热误差建模方法的流程图；
[0030]图3是上端轴承温升的拟合示意图；
[0031]图4是螺母温升的拟合示意图；
[0032]图5是立式机床Z轴热误差模型单次预测结果与实际误差结果的对比。
具体实施方式
[0033]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0034]传统的模型方法没有充分考虑到机床热变形是一个复杂的、时变的非线性过程，往往模型的精度不是很高，同时在不同环境温度下面临模型失效的问题，尤其是在不同季
节更加明显，本专利技术充分考虑机床的特点，创造性的提出使用双指数方法，解决传统模型中未考虑温度的时变与非线性问题，同时为了使模型适用于不同的环境温度问题，建立了模型参数与环境温度的关系，最终形成了变系数的双指数模型。请参阅图1及图2，本专利技术提供了一种环境温度影响下立式机床Z轴热误差建模方法，所述方法包括如下步骤S1～S4。
[0035]S1：获取立式加工中心Z轴的上端轴承温升ΔT
up
和螺母温升ΔT
nut...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环境温度影响下立式机床Z轴热误差建模方法，其特征在于，所述方法包括：S1：获取立式加工中心Z轴的上端轴承温升ΔT
up
和螺母温升ΔT
nut
；S2：基于所述上端轴承温升构建零点误差模型，并基于所述螺母温升构建区间误差模型，其中，所述零点误差模型b为：b＝b
a
[1
‑
exp(
‑
ΔT
up
/b
b
)]所述区间误差模型k为：k＝k
b
[1
‑
exp(
‑
ΔT
nut
/k
b
)]其中，b
a
、b
b
、k
a
、k
b
为环境温度调整参数；S3：将所述零点误差模型和区间误差模型叠加获得环境温度与热误差的关系模型；S4：采用上端轴承温升、螺母温升以及热误差对所述关系模型进行训练即可获得训练完成的关系模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3具体为以所述零点误差模型为截距，并以所述区间误差模型为斜率建立不同位置处环境温度与热误差的关系。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环境温度调整参数b
a
、b
b
、k
a
、k
b
为以环境温度为变量的多阶多项式。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述环境温度调整参数b
a
、b
b
、k

【专利技术属性】
技术研发人员：陈吉红，陈宇，何园园，胡鹏程，
申请(专利权)人：武汉华中数控股份有限公司，
类型：发明
国别省市：