基于插值算法的数控机床复合误差补偿技术

摘要/Abstract

摘要：

为提高数控机床的加工精度，提出了基于线性插值法和牛顿插值法的数控机床几何与热的复合误差建模方法，并利用数控系统外部机床坐标系的偏置功能，应用自行研发的综合误差实时补偿系统进行误差在线实时补偿.结果表明：所提出的模型具有计算简便、预测精度高等优点，可用于各种复杂加工场合中的数控机床几何误差与热误差的实时补偿.

关键词: 数控机床, 几何误差, 热误差, 误差补偿系统, 误差实时补偿

Abstract:

In order to improve the accuracy of computer numerical control(CNC) machine tools, a compound modelling method of geometric and thermal error was presented based on linear interpolation and Newton interpolation. Online realtime error compensation was implemented by applying the CNC external machine zero point shift function and a novel self-developed synthesis error real-time compensation system. The experimental results show that the new model is convenient in calculation and precise in prediction. Therefore it is suitable for the real-time compensation of geometric and thermal error of machine tools in complex industrial applications.

Key words: computer numerical control (CNC) machine tools, geometric error, thermal error, error compensation system, real-time error compensation

中图分类号:

TH 161

王维，杨建国. 基于插值算法的数控机床复合误差补偿技术[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2014, 48(1): 12-21.

WANG Wei,YANG Jianguo. Compound Error Compensation Technique for CNC Machine Tools Based on Interpolation Method[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2014, 48(1): 12-21.

参考文献

［1］Ramesh R, Mannan M A, Poo A N. Error compensation in machine tools——A review. Part II: Thermal errors［J］. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2000, 40(9): 12571284.

［2］Khan A W, Chen W. A methodology for systematic geometric error compensation in fiveaxis machine tools［J］. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2011, 53(58): 615628.

［3］王福吉, 贾振元, 阳江源, 等. 基于动态模糊神经网络的机床时变定位误差补偿［J］. 机械工程学报, 2011, 47(13)：175179.

WANG Fuji, JIA Zhenyuan, YANG Jiangyuan, et al. Timevarying position error compensation of machine tools based on dynamic fuzzy neural networks［J］. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2011, 47(13): 175179.

［4］张毅, 杨建国. 基于灰色神经网络的机床热误差建模［J］. 上海交通大学学报, 2011, 45(11): 15811586.

ZHANG Yi, YANG Jianguo. Grey neural network modeling for machine tool thermal error［J］. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2011, 45(11): 15811586.

［5］李永祥, 童恒超, 曹洪涛, 等. 数控机床热误差的时序分析法建模及其应用［J］. 四川大学学报: 工程科学版, 2008, 38(2): 7478.

LI Yongxiang, TONG Hengchao, CAO Hongtao, et al. Application of time series analysis to thermal error modeling［J］. Journal of Sichuan University: Engineering Science Edition, 2008, 38(2): 7478.

［6］林伟青, 傅建中, 陈子辰, 等. 数控机床热误差的动态自适应加权最小二乘支持矢量机建模方法［J］. 机械工程学报, 2009, 45(3): 178182.

LIN Weiqing, FU Jianzhong, CHEN Zichen, et al. Modeling of NC machine tool thermal error based on adaptive bestfitting WLSSVM［J］. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2009, 45(3): 178182.

［7］郭前建, 杨建国. 基于蚁群算法的机床热误差建模技术［J］. 上海交通大学学报, 2009, 43(5): 803806.

GUO Qianjian, YANG Jianguo. Thermal error modeling on machine tools based on ant colony algorithm［J］. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2009, 43(5): 803806.

[1]	赵亮，雷默涵，朱星星，王帅，凌正，杨军，梅雪松. 高精度数控机床主轴系统热误差的控制方法[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(11): 1165-1171.
[2]	单俊，许黎明，胡德金. 基于球面磨削纹理的球度误差原位判别评估方法[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2016, 50(05): 654-659.
[3]	拓占宇，黄奕乔，沈牧文，杨建国. 基于3次样条插值的数控机床几何与热复合定位误差建模[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2016, 50(05): 668-672.
[4]	姚晓栋1,3,黄奕乔1,马晓波2,薛波3,杨建国1. 基于时间序列算法的数控机床热误差建模及其实时补偿[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2016, 50(05): 673-679.
[5]	冯文龙，黄奕乔，拓占宇，李慧敏，杨建国. 基于温度积分方法的大型数控机床光栅定位热误差建模及实时补偿[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2016, 50(05): 710-715.
[6]	马驰,赵亮,梅雪松,施虎,杨军. 基于粒子群算法与BP网络的机床主轴热误差建模[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2016, 50(05): 686-695.
[7]	赵海涛1，冯伟1，周海1，杨建国2. 基于热误差敏感度图的温度关键点选择方法[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2015, 49(05): 725-729.
[8]	任丽娜，芮执元，刘军，雷春丽. 数控机床最小维修的全寿命周期可靠性评估[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2015, 49(01): 19-23.
[9]	朱小龙，杨建国，代贵松. 基于AVQ聚类和OIF-Elman神经网络的机床热误差建模[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2014, 48(1): 22-26.
[10]	肖慧孝，杨建国，张毅. 基于状态空间模型的机床热误差动态建模[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2014, 48(1): 22-26.
[11]	杨军,梅雪松,赵亮,马驰,冯斌,施虎. 基于模糊聚类测点优化与向量机的坐标镗床热误差建模[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2014, 48(08): 1175-1182.
[12]	王智明1,杨建国2. 数控机床不完全维修的贝叶斯可靠性评估[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2014, 48(05): 614-617.
[13]	赵飞a，梅雪松a,b，姜歌东a,b，陶涛a,b，史建强a. 数控机床进给系统装配误差建模及特征分析[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2013, 47(05): 703-708.
[14]	姜辉，杨建国，李自汉，姚晓栋. 基于误差分解的数控机床热误差叠加预测模型及实时补偿应用[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2013, 47(05): 744-749.
[15]	杨漪1，姚晓栋1，杨建国1，张余升2，袁峰2. 基于主成分分析与BP神经网络相结合的机床主轴热漂移误差建模[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2013, 47(05): 750-753.