[发明专利]一种卧式加工中心工艺信息的热误差感知方法

权利要求书

1.一种卧式加工中心工艺信息的热误差感知方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：建立卧式加工中心各功能结构部件的三维模型；

步骤二：对三维模型进行温度场及变形场的有限元仿真；

步骤三：建立卧式加工中心在不同工况下的热误差映射模型；

步骤四：提取卧式加工中心加工过程中的工艺信息，基于热误差映射模型计算卧式加工中心末端热误差，建立工艺信息与卧式加工中心末端热误差之间的联系。

2.根据权利要求1所述的卧式加工中心工艺信息的热误差感知方法，其特征在于，步骤一中各功能结构部件包括床身、立柱及溜板，建立卧式加工中心各功能结构部件的三维模型过程中对各功能结构部件进行简化，舍弃模型中的倒角、铸造小孔、螺栓孔，去除螺栓、螺钉，得到简化的卧式加工中心的三维模型。

3.根据权利要求1所述的卧式加工中心工艺信息的热误差感知方法，其特征在于，步骤二具体包括：将步骤一建立的卧式加工中心各功能结构部件的三维模型导入到有限元分析软件中进行温度场和变形场的仿真；仿真的具体步骤如下：

步骤2-1：将建立的卧式加工中心各功能结构部件的三维模型导入到有限元分析软件中，得到卧式加工中心的有限元模型；

步骤2-2：基于经验公式，计算不同工况下卧式加工中心的生热模型，具体包括：轴承生热模型、丝杠生热模型、电机生热模型、冷却系统散热模型；将热载荷以热流密度的形式施加到卧式加工中心的有限元模型上，同时施加空气对流与强迫对流及丝杠的旋转对流载荷条件，求解各功能结构部件的温度场，得到有限元温度场仿真结果；

步骤2-3：将步骤2-2得到的有限元温度场仿真结果以载荷的形式施加到有限元模型中；其中，对各功能结构部件独立分析时，对床身底面采用全约束形式，立柱则在床身-立柱结合面施加固定约束，溜板、工作台、主轴箱在滑块-导轨结合面处施加垂直移动方向位移约束、在丝杠-螺母连接处施加移动方向位移约束，求解卧式加工中心各个功能结构部件的变形场，得到有限元变形场仿真结果。

4.根据权利要求1所述的卧式加工中心工艺信息的热误差感知方法，其特征在于，步骤三具体包括：提取X、Y、Z三轴各导轨的变形值，计算每个单轴的六项误差，包括定位误差，两个直线度误差及三个角度误差，基于多体系统理论得到卧式加工中心的末端热误差，建立热误差映射模型；具体步骤如下：

步骤3-1：基于卧式加工中心有限元变形场仿真结果，提取X、Y、Z三个轴各导轨分别在X、Y、Z三个方向的变形值以及光栅尺的纵向变形；

步骤3-2：假设导轨与滑块精密配合，建立各导轨误差与单轴六项误差之间的数学模型；

步骤3-3：根据卧式加工中心的结构建立其机构拓扑图，利用低序体阵列描述卧式加工中心各部件之间的拓扑结构；

步骤3-4：采用齐次变化矩阵描述卧式加工中心各部件之间的几何关系，建立卧式加工中心相邻部件之间的理想特征矩阵和误差特征矩阵；

步骤3-5：以床身为原始坐标系，根据刀尖点与工件加工点的理想位姿和实际位姿得到卧式加工中心的末端误差，建立卧式加工中心热误差映射模型。

5.根据权利要求1所述的卧式加工中心工艺信息的热误差感知方法，其特征在于，步骤四具体包括：提取卧式加工中心加工过程中的工艺信息，即G代码信息，基于热误差映射模型计算卧式加工中心的末端热误差，建立G代码与末端热误差之间的联系；其具体步骤包括：

步骤4-1：基于Visual Studio集成开发环境，以C#为工具，提取卧式加工中心加工过程中数控系统的G代码信息以及卧式加工中心的坐标位置；

步骤4-2：利用LabView监测卧式加工中心温度关键敏感点的温度；

步骤4-3：基于最小二乘法将4-2步骤中监测到的温度与不同工况下热误差映射模型所对应的温度场进行拟合对比，确定所监测时刻的热误差映射模型，基于热误差映射模型计算卧式加工中心的末端热误差，建立G代码信息与卧式加工中心末端热误差之间的联系。