[发明专利]基于统计模型的动梁式龙门机床双驱进给误差补偿方法及模型

说明书

【技术领域】

本发明涉及误差补偿技术领域，特别涉及一种动梁式龙门机床双驱进给系统误差补偿方法。

【背景技术】

动梁式龙门机床的横梁部分(或两个立柱)由双电机、双丝杠共同驱动前进，由于双驱动轴的机械和电气特性不一致、双轴存在结构耦合、主轴在双驱横梁上位置不同导致的两轴负载不一致等因素，都会产生双驱不同步，会影响机床的定位/重复定位精度、零件的加工精度，严重时会出现双驱两轴的抱死现象。

传统补偿方法通过对数控机床加工过程中的误差进行测量，建立相应的补偿表，嵌入到数控系统中在整个行程内对点进行补偿，虽然能起到误差补偿的效果，但误差会随工况发生变化，因此误差补偿表难以准确建立，且不能表征影响同步误差的主要因素。不同步误差的影响因素很多，实际不同步误差是随着输入的位移、速度和加速度指令的不同而发生变化的。

其中随输入位移指令变化的误差由横梁处于双驱轴的不同位置、定位精度不高、光栅尺安装偏斜、横梁本身的偏斜(垂直度)等因素产生。随速度指令变化的误差主要由两轴的阻尼特性不一致产生。随加速度指令变化的误差主要由主轴在横梁上的移动使两轴的负载发生变化而引起。

因此对于多因素影响的双驱不同步误差问题，能提出一种考虑多因素的动态误差精确补偿方法，具有非常重要的意义。

【发明内容】

本发明的目的在于提出一种基于统计分析模型的动梁式龙门机床双驱进给误差补偿方法及模型，本发明基于两轴不同步误差现象的分析，采用多元线性回归找出双驱动不同步误差与各主要影响因素的关系，进一步采用前馈控制策略实现双驱进给误差的补偿。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于统计分析模型的动梁式龙门机床双驱进给误差补偿方法，包括以下步骤：

步骤一：取输入的指令速度、主轴处于横梁的不同位置、横梁处于双驱轴的不同位置三个影响因素，设计正交实验，分析每个影响因素对双驱进给不同步误差的影响，利用多元线性回归方法拟合出双轴不同步误差与三个影响因素的回归方程，找出各影响因素的影响规律；

其数学模型的公式如下：

其中，y_diff1....y_diffN为N组实验测量的不同步误差值，a₀...a₃为四个待估计参数，v₀...v_N为N组实验进给速度值，x_p1...x_pN为N组实验主轴在横梁上的位置值，y_p1...y_pN为N组实验横梁在双驱轴上的位置值，ε₁...ε_N为N组服从同一正态分布且独立的随机误差；

采用最小二乘法可得到回归方程，亦即双轴不同步误差的统计数学模型：

其中，为回归后的双轴误差值，a₀、a₁、a₂、a₃为回归后的参数，代表了每个因素影响的权重系数；v为统计试验中不同进给速度，x_p为主轴处于横梁的不同位置，y_p为横梁处于双驱轴的不同位置；

步骤二：采用步骤一中得到的双轴不同步误差的统计数学模型，取各Y轴的指令位置、指令速度、X轴的实际位置作为输入，通过统计补偿器计算补偿量，并前馈到从动轴的指令位置中；在每个插补周期内按照两轴误差趋势计算出每个插补周期的补偿量，最后通过改变从动轴的速度指令实现双轴同步误差的控制与补偿。

优选的，所述动梁式龙门机床包括工作台、主动轴、从动轴、横梁和主轴；主动轴和从动轴构成双驱轴；工作台静止不动，横梁能够随双驱轴沿y轴方向的导轨往复运动；主轴在横梁上沿x方向移动能够影响两轴负载质量的变化。