[发明专利]基于机床功率的主轴轴向热误差模型建模方法

说明书

本发明公开了一种基于机床功率的主轴轴向热误差模型建模方法，包括如下步骤：步骤一：构建理论切削功率模型；步骤二：在理论切削功率模型的基础上考虑轴向热误差对切削功率的影响，构建考虑热误差的切削功率模型；步骤三：利用构建得到的考虑热误差的切削功率模型构建支持向量回归机模型；步骤四：优化支持向量回归机模型的参数，得到主轴轴向热误差模型。本发明基于机床功率的主轴轴向热误差模型建模方法，通过机床功率变化能够辨识主轴的轴向热误差。

技术领域

本发明属于机械误差分析技术领域，具体的为一种基于机床功率的主轴轴向热误差模型建模方法。

背景技术

机床误差主要包括几何误差，热误差等，其中热误差占比高达60％～70％。热误差是机床在工作过程中，各部件受到内部热源与外部热源的共同作用，形成复杂的非均匀、非稳态的温度场，导致整机与各部件之间发生大小不一的热变形，从而影响机床刀具与加工工件对应位置。因此，对主轴热误差进行精确的数学建模和补偿是提高数控机床精度的关键。

目前，热误差建模主要就是建立温度点与热误差之间的映射关系，利用温度的变化预测机床的热误差。基于机床温度的热误差建模方法虽然可以应用于相应的误差补偿，但也存在一些缺点：(1)温度敏感点的选择没有统一的标准，温度敏感点的共线性会影响热误差预测模型的鲁棒性；(2)温度敏感点会发生变动，严重影响模型预测稳健性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于机床功率的主轴轴向热误差模型建模方法，通过机床功率变化能够辨识主轴的轴向热误差。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于机床功率的主轴轴向热误差模型建模方法，包括如下步骤：

步骤一：构建理论切削功率模型；

步骤二：在理论切削功率模型的基础上考虑轴向热误差对切削功率的影响，构建考虑热误差的切削功率模型；

步骤三：利用构建得到的考虑热误差的切削功率模型构建支持向量回归机模型；

步骤四：优化支持向量回归机模型的参数，得到主轴轴向热误差模型。

进一步，所述步骤一中，理论切削功率模型的构建方法为：

11)构建微元切削刃的功率模型：

dP_cutting(θ,z)＝|dP_n|+|dP_f|＝|(K_tedS+K_tcs_t sinψdz)·2πnr|+|(dF_t sinψ+dF_rcosψ)·f|

其中，dP_cutting(θ,z)为微元切削刃的功率；θ表示刀尖处的微元切削刃的位置角；z表示微元切削刃在刀具轴向的位置；dP_n表示微元切削刃由刀具旋转消耗的功率；dP_f表示微元切削刃由刀具进给消耗的功率；K_te表示微元切削刃的切向耕犁力切削系数；K_tc表示微元切削刃的切向剪切力切削系数；dS表示微元切削刃的长度；dz表示微元切屑刃轴向厚度；s_t表示每齿进给量；ψ表示微元切削刃位置角；n表示切削转速；r表示刀具半径；dF_t表示微元切削刃的切向切削力；dF_r表示微元切削刃的径向切削力；f表示进给速度，且f＝n·s_t·M，M为刀齿数；

12)以微元切削刃的功率模型构建切削刃的瞬时功率模型：

P_cutting表示切削刃的瞬时切削功率；a_p表示切削深度；