基于自然指数模型的机床定位误差建模与实时补偿.pdf

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1、第8期组合机床与自动化加工技术NO．82013年8月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueAug．2013文章编号：1001—2265(2013)08—0008—04基于自然指数模型的机床定位误差建模与实时补偿术张毅，杨建国，李自汉(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：为提高数控机床的运动性能和加工精度，提出了基于自然指数模型的机床定位误差建模方法。通过分析在不同温度条件下的定位误差变化规律，将定位误差分为几何误差和热误

2、差两个部分，其中，几何误差部分可以采用多项式模型进行拟合，而对于热误差部分，则建立其与环境温度、机床关键构件温度之间的自然指数模型，从而描述了热误差和温度场之间的非线性变化规律。通过与传统的多元线性回归模型进行试验结果对比表明：基于自然指数模型的定位误差建模方法在任何温度条件下均可获得较高的预测精度，经过误差补偿，可以大幅提高机床精度。关键词：数控机床；定位误差；误差建模；误差补偿；自然指数模型中图分类号：TH161文献标识码：AMachineToolPositioningErrorModelinga

3、ndReal-timeCompensationBasedonNaturalExponentialModelZHANGYi，YANGJian—guo，LIZi—han(SchoolofMechanicalEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Thispaperproposesanovelmodelingmethodbasedonnaturalexponentialmodeltoimprovetheposi

4、tioningaccuracyofCNCmachinetools．Throughtheanalysisofpositioningerrormeasurementdataunderdifferenttemperatureconditions，thepositioningerrorcanbedividedintotwoterms：geomet—ricandthermalterm．Apolynomialcanbeusedtoestablishtherelationshipbetweenthegeometri

5、ctermandthepositioncoordinate．Anaturalexponentialmodelcanbeusedtoestablishthenon—linearrelation—shipbetweenthethermalterm，theambienttemperature，andthetemperatureofthekeymachinecompo—nent．Theexperimentalresultsshowthattheproposedmodelperformsbetterthanth

6、etraditionalmultiplelinearregressionmodelintermsofpredictionaccuracyunderdifferenttemperatureconditions，whichcanbeappliedtotheerrorcompensationSOastoimprovethemachinetoolaccuracy．Keywords：machinetool；positioningeror；errormodeling；erorcompensation；natura

7、lexponentialm0de1响。传统的螺距误差补偿只能进行恒温条件下的定O引言位误差补偿，并不考虑温度变化对定位误差的影响，随着制造业对加工精度要求的不断提高，近年因此，在机床的实际加工过程中，随着机床温度的不来针对如何进一步减小数控机床的误差进行了一系断变化，补偿精度会逐渐降低。国内外学者对机床列研究。研究表明：无论是传统的三轴数控机床，还误差和温度场变化之间的关系做了大量研究。Pahk是引入了旋转轴的多轴数控机床，机床定位误差都等人用多元回归分析方法建立了机床定位误差预是最重要的误差来源。在

8、机床实际加工过程中，定测模型，通过补偿提高了机床定位精度。王维等位误差在最终形成的加工误差中所占比例可高达人对一台立式加工中心的定位误差进行了全温度70％。尤其是在大、中型机床中，定位误差对加工范围内的误差建模和补偿研究，取得了良好的补偿精度的影响更为显著。因此，对定位误差进行有效效果。此外，杨建国、wu和张琨等人也在这的测量、建模和补偿，是提高机床运动性能和加工精方面进行了理论和试验探索，研究了机床定位误差度的首要途径。的影响因素及其变化规律。机床定位