[发明专利]双转台五轴数控机床热误差建模温度敏感点的选择方法

摘要

本发明涉及一种双转台五轴数控机床热误差建模温度敏感点的选择方法，基于K‑means++算法和相关系数法来识别各个测温点对机床热误差的影响大小。其具体步骤是：1.分析双转台五轴数控机床的热源位置及运动部件的特点；2.在机床热源及运动部件处安装n个温度传感器来测量机床在运行过程中随时间变化的实时温度值，同时利用三个电涡流位移传感器测量机床的热误差；3.根据K‑means++算法将n个温度测点聚类；4.计算n个温度测点与机床热误差的相关系数，选取聚类分组中相关系数最大的点作为温度敏感点；5.利用理论计算主轴的温度变化及变形，进一步优化主轴上的温度敏感点。该方法将理论计算与传统的聚类方法相结合，减少了机床温度测点的数量，提高了模型的精度。

主权项

1.双转台五轴数控机床热误差建模温度敏感点的选择方法，其特征在于，具体步骤是：步骤1，分析双转台五轴数控机床的热源位置及运动部件的特点：双转台式五轴数控机床为具有X、Y、Z三个直线运动轴、A轴摆台和C轴转台，相比于三轴数控机床多了两个运动轴，热源也随之增多，数控机床的五个运动轴均由驱动电机带动，电机运行时会发热，并且运动轴移动会导致丝杠、轴承和导轨摩擦生热，另外，在切削加工过程中，切削液只带走了部分热量，残留的切削热会传递到机床上，因此五轴数控机床在加工过程中存在更多的热量，这些存留在加工系统中的热量会引起刀具相对于工件的变形；步骤2，采集五轴数控机床运行过程中随时间变化的温度变量和热变形量：首先，在机床主要热源及运动部件处安装n个精度为0.1℃的DS18B20温度传感器测量机床的温度变化，将标准检测芯棒装夹在机床主轴上，利用支架和磁力座将电涡流位移传感器固定在检测芯棒处；然后，使机床以转速3000r/min运行，并按固定路线移动三个直线轴及转台和摆台，同时冷却液流动，机床运行4个小时，每隔30min将机床主轴移动到固定位置，检测其热误差，通过运行机床可以得到：①n个DS18B20温度传感器4个小时内温度的变化量T{T1(t)，T2(t)，......Tn(t)}，②电容式位移传感器测得的机床三个方向的热误差δ_X(t)、δ_Y(t)和δ_Z(t)；步骤3，根据K‑means++算法将n个温度测点聚为m类：通过MATLAB编程K‑means++算法将n个温度测点按照欧式距离的大小聚类，聚类数为m，K‑means++算法的评价标准为：各个聚类之间的距离最大以保证温度点之间相关性小，变化趋势大，第i组有ci个温度点，这个组的样本是步骤4，利用相关系数法选取最终的m个温度敏感点：首先利用MATLAB分别计算n个温度测点与机床三个方向热误差的相关系数，相关系数可表示为：第i组温度点的相关系数为选取第i聚类分组中相关系数最大的点作为温度敏感点，最终选取m个温度敏感点；步骤5，数控机床主轴热特性分析：建立机床主轴的热传导模型，确定热源及边界条件，得到机床主轴的温度变化及热变形公式为：利用MATLAB求解公式，得到机床主轴的温度变化图及变形图，利用二分法分析主轴温度与变形的相关系数，选取相关性最大的区域，优化主轴上的温度敏感点，得到准确度高，鲁棒性好的温度敏感点。