本發(fā)明涉及五軸機(jī)床控制，具體涉及一種數(shù)控機(jī)床空間定位熱誤差補(bǔ)償方法及五軸機(jī)床。

背景技術(shù)：

1、數(shù)控機(jī)床，是數(shù)字控制機(jī)床(computer?numerical?control?machine?tools)的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運(yùn)算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號，控制機(jī)床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。為實(shí)現(xiàn)較好的加工精度，通常需要考慮到數(shù)控機(jī)床各軸在運(yùn)動過程中產(chǎn)生的誤差。一般來說，誤差主要包括機(jī)床各運(yùn)動部件在運(yùn)動時產(chǎn)生的幾何誤差，以及機(jī)床在加工過程中，各部件受熱伸長引入的熱誤差。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，針對機(jī)床在運(yùn)動過程中的幾何誤差補(bǔ)償和熱誤差補(bǔ)償已存在一定的方法。

3、比如，中國專利cn201610159196.8公開了一種數(shù)控機(jī)床熱誤差在線補(bǔ)償方法及系統(tǒng)；采集數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)多元線性回歸熱誤差模型計(jì)算數(shù)控機(jī)床理論熱誤差值，計(jì)算補(bǔ)償值并判斷是否滿足設(shè)定的補(bǔ)償閾值上下限范圍。通過構(gòu)建多元線性回歸熱誤差模型，將其作為數(shù)控機(jī)床熱誤差在線補(bǔ)償子單元嵌入到面板控制單元的人機(jī)交互界面中，無需外置補(bǔ)償器，極大的提高了系統(tǒng)的通用性；同時，利用模糊聚類分析方法和多元線性回歸理論計(jì)算數(shù)控機(jī)床補(bǔ)償值，并采用外部坐標(biāo)變換方式執(zhí)行在線補(bǔ)償，操作便捷、實(shí)時性強(qiáng)。

4、再比如，中國專利cn202110602232.4公開了一種五軸機(jī)床幾何誤差補(bǔ)償方法，其步驟如下：誤差模型建立，基于局部指數(shù)積公式建立五軸機(jī)床的全位姿誤差模型，分離全位姿誤差模型得到位置誤差模型；誤差數(shù)據(jù)采集，設(shè)置五軸機(jī)床在聯(lián)動下，使刀尖軌跡保持工件端和主軸端距離恒定，采用球桿儀分別測量得到兩個轉(zhuǎn)動軸正向和反向運(yùn)行的四種組合的距離誤差數(shù)據(jù)；實(shí)際指令生成，將四組距離誤差數(shù)據(jù)輸入位置誤差模型，生成五軸機(jī)床的實(shí)際運(yùn)動指令，將所述實(shí)際運(yùn)動指令輸入五軸機(jī)床的控制系統(tǒng)。還通過區(qū)分轉(zhuǎn)動軸正反向有效地補(bǔ)償了由于五軸機(jī)床的傳動部件反向間隙帶來的誤差。

5、但是，在實(shí)際實(shí)施過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該類技術(shù)方案主要側(cè)重于對機(jī)床的運(yùn)動軸在實(shí)際控制時的運(yùn)動誤差進(jìn)行補(bǔ)償，而在五軸機(jī)床較長的加工過程中，定位層面引入的誤差則被忽略了。這導(dǎo)致了機(jī)床在工作過程中容易因?yàn)槎ㄎ徽`差導(dǎo)致加工精度不佳的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，現(xiàn)提供一種數(shù)控機(jī)床空間定位熱誤差補(bǔ)償方法；另一方面，還提供用于實(shí)施該數(shù)控機(jī)床空間定位熱誤差補(bǔ)償方法的存儲器。

2、具體技術(shù)方案如下：

3、一種數(shù)控機(jī)床空間定位熱誤差補(bǔ)償方法，包括：

4、步驟s1：針對待補(bǔ)償機(jī)床的每個運(yùn)動軸分別構(gòu)建包含溫度項(xiàng)因變量的定位精度熱誤差模型；

5、步驟s2：對所述待補(bǔ)償機(jī)床測量實(shí)際定位誤差，并依照所述實(shí)際定位誤差對所述定位精度熱誤差模型進(jìn)行優(yōu)化得到優(yōu)化模型；

6、步驟s3：采用所述優(yōu)化模型對所述待補(bǔ)償機(jī)床的空間定位過程進(jìn)行補(bǔ)償。

7、另一方面，所述步驟s1之前還包括：

8、步驟a11：對所述待補(bǔ)償機(jī)床采集溫度數(shù)據(jù)以擬合機(jī)床溫度分布數(shù)據(jù)；

9、步驟a12：依照所述機(jī)床溫度分布數(shù)據(jù)篩選得到多個顯著溫差點(diǎn)；

10、步驟a13：于所述顯著溫差點(diǎn)上設(shè)置溫度傳感器并采集測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)；

11、所述步驟s1中，基于所述溫度傳感器的所述測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)構(gòu)建所述定位精度熱誤差模型。

12、另一方面，所述步驟s1包括：

13、步驟s11：針對每個所述運(yùn)動軸的每項(xiàng)幾何誤差分別采用多項(xiàng)式生成基于溫度的敏感系數(shù)；

14、步驟s12：依照所述敏感系數(shù)在運(yùn)動軸位置相關(guān)幾何誤差模型中添加所述溫度項(xiàng)因變量，以得到所述定位精度熱誤差模型。

15、另一方面，所述步驟s11中，所述敏感系數(shù)的生成方法包括：

16、式中，為運(yùn)動軸x軸誤差項(xiàng)exx的敏感系數(shù)，ti(t)表示第i個溫度傳感器在t時刻的讀數(shù)，kij表示熱誤差多項(xiàng)式擬合系數(shù)，bij表示熱誤差多項(xiàng)式擬合偏置。

17、另一方面，所述步驟s12中，所述運(yùn)動軸位置相關(guān)幾何誤差模型包括：

18、

19、式中，為刀具坐標(biāo)系相對于機(jī)床坐標(biāo)系的變換矩陣；

20、表示運(yùn)動軸x軸坐標(biāo)系相對于所述機(jī)床坐標(biāo)系的變換矩陣，為所述運(yùn)動軸x軸坐標(biāo)系相對于所述機(jī)床坐標(biāo)系的幾何誤差的變換矩陣；

21、表示運(yùn)動軸y軸坐標(biāo)系相對于所述運(yùn)動軸x軸坐標(biāo)系的變換矩陣，為所述運(yùn)動軸y軸坐標(biāo)系相對于所述運(yùn)動軸x軸坐標(biāo)系的幾何誤差的變換矩陣；

22、表示運(yùn)動軸z軸坐標(biāo)系相對于所述運(yùn)動軸y軸坐標(biāo)系的變換矩陣，為所述運(yùn)動軸z軸坐標(biāo)系相對于所述運(yùn)動軸y軸坐標(biāo)系的幾何誤差的變換矩陣；

23、表示旋轉(zhuǎn)軸c軸坐標(biāo)系相對于所述運(yùn)動軸z軸坐標(biāo)系的變換矩陣，為所述旋轉(zhuǎn)軸c軸坐標(biāo)系相對于所述運(yùn)動軸z軸坐標(biāo)系的幾何誤差的變換矩陣；

24、表示旋轉(zhuǎn)軸a軸坐標(biāo)系相對于所述旋轉(zhuǎn)軸c軸坐標(biāo)系的變換矩陣，為旋轉(zhuǎn)軸a軸坐標(biāo)系相對于所述旋轉(zhuǎn)軸c軸坐標(biāo)系的幾何誤差的變換矩陣。

25、另一方面，所述步驟s12中，在所述運(yùn)動軸x軸坐標(biāo)系相對于所述機(jī)床坐標(biāo)系的幾何誤差的變換矩陣中添加所述溫度項(xiàng)因變量的過程包括：

26、

27、式中，為所述運(yùn)動軸x軸坐標(biāo)系相對于所述機(jī)床坐標(biāo)系的幾何誤差的變換矩陣；

28、表示移動軸x軸在當(dāng)前溫度坐標(biāo)狀態(tài)下的x方向位置誤差；表示移動軸x軸在當(dāng)前溫度坐標(biāo)狀態(tài)下的y方向位置誤差；表示移動軸x軸在當(dāng)前溫度坐標(biāo)狀態(tài)下的z方向位置誤差；表示移動軸x軸在當(dāng)前溫度坐標(biāo)狀態(tài)下的x方向角度誤差；表示移動軸x軸在當(dāng)前溫度坐標(biāo)狀態(tài)下的y方向角度誤差；表示移動軸x軸在當(dāng)前溫度坐標(biāo)狀態(tài)下的z方向角度誤差。

29、另一方面，所述移動軸x軸在當(dāng)前溫度坐標(biāo)狀態(tài)下的x方向位置誤差的生成過程包括：

30、

31、式中，為幾何誤差項(xiàng)；

32、為運(yùn)動軸x軸誤差項(xiàng)exx的敏感系數(shù)；

33、ti(t)表示第i個溫度傳感器在t時刻的讀數(shù)；

34、kij表示熱誤差多項(xiàng)式擬合系數(shù)；

35、bij表示熱誤差多項(xiàng)式擬合偏置；

36、exx(x)為運(yùn)動軸x軸誤差項(xiàng)。

37、另一方面，所述步驟s2包括：

38、步驟s21：對所述待補(bǔ)償機(jī)床配置不同的環(huán)境溫度和工況，并分別采集機(jī)床末端的實(shí)際定位誤差；

39、步驟s22：依照所述實(shí)際定位誤差對所述定位精度熱誤差模型的偏置項(xiàng)進(jìn)行優(yōu)化，以使得所述定位精度熱誤差模型的預(yù)測值符合所述實(shí)際定位誤差后作為所述優(yōu)化模型輸出。

40、另一方面，所述步驟s3包括：

41、步驟s31：依照所述優(yōu)化模型構(gòu)建對應(yīng)于所述待補(bǔ)償機(jī)床的各運(yùn)動軸誤差項(xiàng)于不同溫度下的補(bǔ)償表；

42、步驟s32：于實(shí)際加工過程中，依照溫度傳感器采集數(shù)據(jù)調(diào)取所述補(bǔ)償表對所述待補(bǔ)償機(jī)床進(jìn)行補(bǔ)償。

43、一種五軸機(jī)床，所述五軸機(jī)床包括控制裝置，所述控制裝置包括處理器和存儲器；

44、所述存儲器中存儲有計(jì)算機(jī)指令，當(dāng)處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)指令時，對所述五軸機(jī)床執(zhí)行上述的數(shù)控機(jī)床空間定位熱誤差補(bǔ)償方法。

45、上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

46、針對現(xiàn)有技術(shù)中缺乏對機(jī)床的定位誤差進(jìn)行補(bǔ)償導(dǎo)致整體加工精度受限的問題，本方案中，通過在定位前針對各運(yùn)動軸分別構(gòu)建了包含溫度項(xiàng)因變量的定位精度熱誤差模型，從而使得在定位過程中對幾何誤差和熱誤差兩部分進(jìn)行了統(tǒng)一，并結(jié)合實(shí)際定位誤差對模型進(jìn)行優(yōu)化，使得在后續(xù)的實(shí)際定位過程中，能夠有效對機(jī)床定位過程中由于幾何誤差和熱誤差導(dǎo)致的定位偏移進(jìn)行補(bǔ)償，提高了機(jī)床的加工精度。