【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及精密数控机床加工，具体涉及一种基于位移传感器的高精度主轴热伸长闭环补偿方法。
技术介绍
1、数控机床主轴高速旋转加工过程中，在主轴轴承处产生的热量和电机运行的电流产生的热量会使主轴温度升高，导致主轴长度沿刀具轴向伸长，而主轴长度的变化会影响数控机床加工零件的精度，特别在微米级精度的零件加工，主轴热伸长误差不可忽略。
2、现有主轴精密热伸长误差补偿常采用误差预防方法，通过在主轴中通入冷却介质，带走主轴轴承摩擦发热及电流引起的热量，按恒温模式控制冷却介质的温度，或根据转速和功率来调整设置的冷却介质的温度，该方法无法直接控制并补偿主轴的热伸长，热伸长误差控制精度低。另有主轴热误差的补偿方法，通过建立主轴特征温度与热伸长关系的误差补偿模型，利用温度传感器监测主轴温度变化来补偿主轴热伸长，由于主轴转速、切削材料、环境温度等因素的不确定性，该补偿模型通常精度较低，无法满足高精度加工的使用要求，在当前的高精度数控机床主轴中应用较少。
3、因此本专利技术拟采用高精度位移传感器直接测量主轴热伸长量，进而提出一种高精度数控机床主轴热伸长的补闭环补偿方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，针对高精度数控机床主轴受热形变的问题，提出一种基于位移传感器的高精度数控机床主轴热伸长的闭环补偿方法，从而降低因主轴受热形变对高精度数控机床加工精度和稳定性的影响。
2、为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案。
3、一种基于位移传感器的高精度
4、进一步地，所述闭环补偿装置的补偿方法，包括以下步骤：
5、步骤s1、位移传感器实时采集主轴热伸长的位移数据，并通过线缆将采集到的位移数据发送至机床数控系统；
6、步骤s2、机床数控系统对采集的位移数据进行限幅滤波处理，剔除无效采样值；
7、步骤s3、机床数控系统对剔除无效采样值后的位移数据进行均值滤波处理，去除噪声；
8、步骤s4、机床数控系统对去除噪声后的位移数据进行高斯滤波处理，得到主轴实际的补偿值，进而对主轴下端面位置进行调整。
9、具体的，步骤s1中所述位移传感器实时采集主轴热伸长的位移数据，采集的位移数据中除实际的热伸长量外，还包含被测基准面的平面度误差和安装误差。
10、具体的，步骤s2中所述限幅滤波处理过程如下：
11、设位移传感器两次相邻时刻的采样值分别为xn和xn-1，求出xn与xn-1间的差值，以绝对值表示，然后将该值与两次采样允许的最大偏差值比较，如果两次采样值差的绝对值超过了允许的最大偏差值范围，则认为最后一次采样值xn非法，予以剔除，并用xn-1代替xn；若未超过允许的最大偏差值范围，则认为最后一次采样值xn有效；具体计算公式为：
12、当时，
13、；
14、当时，
15、；
16、其中，，为权重值；为相邻两次采样所允许的最大偏差值范围，即前n个数据的平均值±权重值×前n个数据的标准差。
17、具体的，步骤s3所述均值滤波处理过程如下：
18、将当前位移传感器（3）检测的位移值设置为前面n-1个值和本次位移值的平均值，即：
19、当时，
20、；
21、当时，
22、。
23、具体的，步骤s4所述高斯滤波处理的高斯核函数为：
24、；
25、对高斯滤波处理后的数据进行对称扩展以处理边缘数据，得到主轴（1）实际的补偿值：
26、；
27、上式中，k为一个正整数，表示高斯核的大小。
28、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
29、本专利技术基于位移传感器的高精度数控机床主轴热伸长闭环补偿装置可实现主轴热伸长的直接测量，补偿方法采用滤波算法可以补充测量基准面形状和安装误差，并根据滤波后的结果，对主轴下端面的位置进行补偿调整，从而有效降低因主轴受热形变对高精度数控机床加工精度和稳定性的影响。
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1.一种基于位移传感器的高精度主轴热伸长闭环补偿方法，其特征在于，闭环补偿装置包括主轴（1）、支架（2）、位移传感器（3）和线缆（4），所述支架（2）上端与主轴上端面盖（5）连接，支架（2）底端横杆（6）顶部靠近主轴下端面（7），所述横杆（6）顶部与主轴下端面（7）之间设置有位移传感器（3），所述横杆（6）内部设有管道（8），所述管道（8）内布置有线缆（4），所述线缆（4）一端经管道（8）与位移传感器（3）连接，另一端与机床数控系统通信连接；所述横杆（6）顶部在位移传感器（3）安装位置设有安装孔（9），所述安装孔（9）贯通至管道（8）内，安装孔（9）尺寸与位移传感器（3）底座尺寸相等；
2.根据权利要求1所述基于位移传感器的高精度主轴热伸长闭环补偿方法，其特征在于，步骤S1中所述位移传感器（3）实时采集主轴（1）热伸长的位移数据，采集的位移数据中除实际的热伸长量外，还包含被测基准面的平面度误差和安装误差。
3.根据权利要求1所述基于位移传感器的高精度主轴热伸长闭环补偿方法，其特征在于，步骤S2中所述限幅滤波处理过程如下：
4.根据权利要求1所述
5.根据权利要求1所述基于位移传感器的高精度主轴热伸长闭环补偿方法，其特征在于，步骤S4所述高斯滤波处理的高斯核函数为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于位移传感器的高精度主轴热伸长闭环补偿方法，其特征在于，闭环补偿装置包括主轴（1）、支架（2）、位移传感器（3）和线缆（4），所述支架（2）上端与主轴上端面盖（5）连接，支架（2）底端横杆（6）顶部靠近主轴下端面（7），所述横杆（6）顶部与主轴下端面（7）之间设置有位移传感器（3），所述横杆（6）内部设有管道（8），所述管道（8）内布置有线缆（4），所述线缆（4）一端经管道（8）与位移传感器（3）连接，另一端与机床数控系统通信连接；所述横杆（6）顶部在位移传感器（3）安装位置设有安装孔（9），所述安装孔（9）贯通至管道（8）内，安装孔（9）尺寸与位移传感器（3）底座尺寸相等；
2....
【专利技术属性】
技术研发人员：刘华，李莉，张军，杨忠庆，徐文斌，刘文敏，郭俊辉，杨扬，郑德新，江涛，
申请(专利权)人：江西佳时特精密机械有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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