机床加工的主轴热误差补偿方法及装置

本申请涉及机床加工，特别涉及一种机床加工的主轴热误差补偿方法及装置。

背景技术：

1、数控机床在加工过程中会受到各种因素的干扰，其中最主要的因素就是温度变化。机床在运行过程中，会因为功率消耗、机械摩擦和环境温度等因素而产生热量，导致机床温度的不断变化，从而影响机床的精度和稳定性。主轴是机床的核心部件之一，直接关系到加工精度和加工效率。然而，主轴在加工过程中也会受到温度的影响，从而产生热误差，影响加工效果。因此，对机床主轴的热误差进行补偿是非常重要的。

2、相关技术中，机床主轴热误差补偿方法需要使用传感器来检测机床主轴的温度变化，然后使用数学模型建立机床主轴热误差与机床温度分布之间的函数关系。

3、然而，相关技术中传感器的成本较高，运行环境苛刻，且忽略了热误差与温度之间存在“滞回现象”，即热误差的变化滞后(或超前)于温度值变换的现象，这意味着热误差的变化不是立即反映在温度上，而是有一定的延迟，从而增加了热误差的补偿难度，有待改进。

技术实现思路

1、本申请提供一种机床加工的主轴热误差补偿方法及装置，以解决相关技术中，依靠传感器检测机床主轴的温度变化成本较高，运行环境苛刻，且忽略了热误差与温度之间存在的滞回现象，从而影响热误差的补偿效果的技术问题。

2、本申请第一方面实施例提供一种机床加工的主轴热误差补偿方法，包括以下步骤：获取数控机床的电主轴在同一时刻的主轴转速和热伸长量，并基于所述同一时刻的主轴转速和当前热伸长量得到所述电主轴在所述同一时刻的热误差数据；在预设时长内利用多组时刻的主轴转速和热误差数据建立所述数控机床的主轴热误差预测模型；利用所述主轴热误差预测模型输出的预测结果得到主轴热误差补偿值，基于所述主轴热误差补偿值进行误差补偿。

3、可选地，在本申请的一个实施例中，所述在预设时长内利用多组时刻的主轴转速和热误差数据建立主轴热误差预测模型，包括：在所述预设时长内，基于所述多组时刻的热伸长量生成所述电主轴的热变形曲线图；利用所述热变形曲线图分析所述电主轴的热变形规律，得到用于模型训练的分析结果。

4、可选地，在本申请的一个实施例中，所述利用所述热变形曲线图分析所述电主轴的热变形规律，得到用于模型训练的分析结果，包括：将所述热伸长量拟合为时间的第一拟合函数；将所述热伸长量拟合为所述主轴转速的第二拟合函数；基于所述第一拟合函数和第二拟合函数计算三维拟合曲面，得到所述分析结果。

5、可选地，在本申请的一个实施例中，所述获取数控机床的电主轴在同一时刻的主轴转速和热伸长量，包括：利用所述电主轴的编码器获取所述主轴转速的同时，利用千分表采集所述热伸长量。

6、本申请第二方面实施例提供一种机床加工的主轴热误差补偿装置，包括：获取模块，用于获取数控机床的电主轴在同一时刻的主轴转速和热伸长量，并基于所述同一时刻的主轴转速和当前热伸长量得到所述电主轴在所述同一时刻的热误差数据；建模模块，用于在预设时长内利用多组时刻的主轴转速和热误差数据建立所述数控机床的主轴热误差预测模型；补偿模块，用于利用所述主轴热误差预测模型输出的预测结果得到主轴热误差补偿值，基于所述主轴热误差补偿值进行误差补偿。

7、可选地，在本申请的一个实施例中，所述建模模块包括：生成单元，用于在所述预设时长内，基于所述多组时刻的热伸长量生成所述电主轴的热变形曲线图；分析单元，用于利用所述热变形曲线图分析所述电主轴的热变形规律，得到用于模型训练的分析结果。

8、可选地，在本申请的一个实施例中，所述分析单元包括：第一拟合子单元，用于将所述热伸长量拟合为时间的第一拟合函数；第二拟合子单元，用于将所述热伸长量拟合为所述主轴转速的第二拟合函数；计算子单元，用于基于所述第一拟合函数和第二拟合函数计算三维拟合曲面，得到所述分析结果。

9、可选地，在本申请的一个实施例中，所述获取模块包括：获取单元，用于利用所述电主轴的编码器获取所述主轴转速的同时，利用千分表采集所述热伸长量。

10、本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的机床加工的主轴热误差补偿方法。

11、本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上述实施例所述的机床加工的主轴热误差补偿方法。

12、本申请实施例可以基于数控机床的电主轴在同一时刻的主轴转速和热伸长量得到电主轴在同一时刻的热误差数据，从而在预设时长内利用多组时刻的主轴转速和热误差数据建立数控机床的主轴热误差预测模型，以利用主轴热误差预测模型输出的预测结果得到主轴热误差补偿值，基于主轴热误差补偿值进行误差补偿，无需专门设置传感器检测电主轴的温度变化，节约成本，且充分考虑热误差与温度之间的滞回现象，提高了冷机启动的加工精度。由此，解决了相关技术中，忽略了热误差与温度之间存在的滞回现象，从而影响热误差的补偿效果的技术问题。

13、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种机床加工的主轴热误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在预设时长内利用多组时刻的主轴转速和热误差数据建立主轴热误差预测模型，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述热变形曲线图分析所述电主轴的热变形规律，得到用于模型训练的分析结果，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取数控机床的电主轴在同一时刻的主轴转速和热伸长量，包括：

5.一种机床加工的主轴热误差补偿装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述建模模块包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述分析单元包括：

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述获取模块包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-4任一项所述的机床加工的主轴热误差补偿方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-4任一项所述的机床加工的主轴热误差补偿方法。

技术总结
本申请涉及一种机床加工的主轴热误差补偿方法及装置，其中，方法包括：获取数控机床的电主轴在同一时刻的主轴转速和热伸长量，并基于同一时刻的主轴转速和当前热伸长量得到电主轴在同一时刻的热误差数据；在预设时长内利用多组时刻的主轴转速和热误差数据建立数控机床的主轴热误差预测模型；利用主轴热误差预测模型输出的预测结果得到主轴热误差补偿值，基于主轴热误差补偿值进行误差补偿。由此，解决了相关技术中，依靠传感器检测机床主轴的温度变化成本较高，运行环境苛刻，且忽略了热误差与温度之间存在的滞回现象，从而影响热误差的补偿效果的技术问题。

技术研发人员：王冬,王立平,韩吉辉,李学崑
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15