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1、機(jī)床主軸熱誤差是影響數(shù)控加工幾何精度的關(guān)鍵因素,其實(shí)時(shí)補(bǔ)償已成為高檔數(shù)控機(jī)床的必備功能之一。主軸熱誤差建模的簡(jiǎn)潔性與魯棒性、預(yù)測(cè)方法的可靠性、補(bǔ)償控制的開放性與實(shí)時(shí)性仍是當(dāng)前備受關(guān)注的難點(diǎn)問題。本文依托“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)課題“數(shù)控機(jī)床精度保持性技術(shù)研究”,重點(diǎn)開展主軸溫度場(chǎng)的溫度測(cè)點(diǎn)優(yōu)化、熱誤差數(shù)學(xué)建模、系統(tǒng)實(shí)時(shí)性測(cè)試、反饋脈沖插入式補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)的研究工作,在此基礎(chǔ)上研究液氮超低溫冷卻加工條件下數(shù)控機(jī)床主軸溫度
2、場(chǎng)的強(qiáng)冷源干擾熱誤差補(bǔ)償技術(shù)。
為解決數(shù)控機(jī)床加工過程中主軸溫度場(chǎng)變化的時(shí)滯、時(shí)變性以及溫度變量間的強(qiáng)耦合導(dǎo)致關(guān)鍵溫度變量難以準(zhǔn)確判定的問題,提出一種質(zhì)心聚類分析、灰色關(guān)聯(lián)分析及多重共線性分析相結(jié)合的溫度測(cè)點(diǎn)優(yōu)化方法。運(yùn)用歐氏距離的質(zhì)心聚類分析,進(jìn)行溫度變量分組?;跍囟茸兞康幕疑P(guān)聯(lián)序,斷定同組溫度變量的熱敏點(diǎn)。通過多重共線性分析,確立分組方案的正確解。依據(jù)溫度場(chǎng)信息最大化原則,判定分組方案的最優(yōu)解,以確定關(guān)鍵溫度變量及其最
3、佳數(shù)目。
為提高熱誤差預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型的魯棒性與可靠性,提出多維度空間溫度場(chǎng)的最近鄰點(diǎn)熱誤差建模方法?;跍囟茸兞颗c熱誤差的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),構(gòu)建多維空間點(diǎn)陣。運(yùn)用主成分分析,降低數(shù)學(xué)模型溫度變量的維度,消除主軸溫度場(chǎng)的重疊信息。根據(jù)最近鄰點(diǎn)逼近原則,建立溫度變量與熱誤差非線性關(guān)系數(shù)學(xué)模型。
針對(duì)熱誤差補(bǔ)償模塊實(shí)時(shí)時(shí)鐘的準(zhǔn)確度難以預(yù)測(cè)與控制問題,研究RTX(Real TimeExtension)定時(shí)時(shí)鐘的計(jì)算容載量。以CPU時(shí)鐘
4、周期作為基本的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào),利用RDTSC(Read TimeStamp Counter)精細(xì)計(jì)算RTX定時(shí)器時(shí)鐘周期的實(shí)際CPU時(shí)鐘周期,精準(zhǔn)測(cè)試RTX定時(shí)器時(shí)鐘的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性,同時(shí)驗(yàn)證RTX運(yùn)行環(huán)境的實(shí)時(shí)性。
為解決補(bǔ)償脈沖與反饋脈沖易干涉問題,研究基于RTX的數(shù)控機(jī)床反饋脈沖截?cái)嗍秸`差補(bǔ)償方法。通過輪詢辦法將等效熱誤差補(bǔ)償脈沖以反饋脈沖的形式插入到原始反饋脈沖序列中,數(shù)控系統(tǒng)透明地接收此修正的反饋脈沖,實(shí)施位置補(bǔ)償,其
5、中Windows操作系統(tǒng)承載數(shù)學(xué)模型計(jì)算的非實(shí)時(shí)功能模塊,嵌入式RTX操作系統(tǒng)承載實(shí)時(shí)補(bǔ)償功能模塊,共享內(nèi)存作為操作系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換媒介。
針對(duì)液氮冷卻加工冷源干擾強(qiáng)度大問題,提出一種冷熱溫度場(chǎng)疊加的熱誤差建模方法。利用液氮噴嘴溫升值反映液氮的噴射流速,刀具附近溫升值反映冷溫度場(chǎng)的工作溫度,以兩者為輸入節(jié)點(diǎn),運(yùn)用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)關(guān)鍵溫度測(cè)點(diǎn)溫升值,基于最小二乘支持向量機(jī)預(yù)測(cè)冷溫度場(chǎng)熱誤差,利用常溫工況的高轉(zhuǎn)速熱誤差曲線預(yù)測(cè)中
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