基于时间序列时空变换技术的前馈式传动误差动实时补偿新方法研究

To improve the transmission quality of the transmission chain is the most effective method to improve the machining accuracy of machine tool, while the quality of the transmission chain can be integrated reflected by the transmission error(TE). This project proposes to get comprehensive TE by combining the additional TE which coming from machine tool transmission chain and changed from the machined parts errors. Taking comprehensive TE as real-time compensation control object, we can achieve the purposes of improving the transmission accuracy of machine tools in low cost and high-precision high-efficiency parts processing. In order to achieve this goal, first of all, we put forward a new scheme of multilevel flexible interpolation clock to further improve the measuring accuracy of TE. Secondly, study the on-line detection device to realize that the processed parts can meet the request of processing and online detection for install only once. Then, the TE in the spatial domain being transformed to time domain is proposed, and realize forecast measurement by time series modeling method, the result and then is returned to the spatial domain, so the point to come of TE data can be forecasted. In summary, the additional TE comes from online detection of processed part, combining with the TE of the machine tool to form the synthetic TE. We can convert the synthetic TE to the transmission chain’s TE correction of machine tool, then realize feed forward control through time series prediction and measurement technology, and finally achieve the online detection, the real-time correction of transmission chain errors, and improve the transmission precision.

提高传动链传动质量是提高机床加工精度最行之有效的方法，而传动误差可以综合地反映传动链传动质量。本项目提出将机床自身传动链传动误差与被加工零部件某些误差转化得到的附加传动误差进行融合，得到综合传动误差并将其作为实时补偿控制对象，实现低成本提高机床传动精度和零部件高精度、高效加工的目的。为完成这个目标，首先提出多级柔性插补时钟新方案用于进一步提高传动误差检测精度。其次，研究在线检测装置实现被加工零部件一次安装以满足加工和在线检测需要。然后，提出将空间域的传动误差转化到时间域，通过时间序列建模实现预测测量，并将结果返回空间域，提前预测将要到来位置点的传动误差数据。综上，被加工零部件在线检测转化得到附加传动误差，与机床自身传动误差构成合成传动误差。将合成传动误差转化为机床传动链的传动误差修正量，通过时间序列预测测量技术，实现前馈控制，真正达到在线检测和实时修正传动链传动误差提高传动精度的目的。

机械加工制造业是工业的基础，机床的加工精度又是制造业的制约因素。国外对高端机床对我国进行禁运或者附加苛刻使用条件，我们需要通过自己的技术得到高精度机床。提高传动链传动质量是提高机床加工精度最行之有效的方法，而传动误差可以综合地反映传动链传动质量。本项目提出将机床自身传动链传动误差与被加工零部件某些误差转化得到的附加传动误差进行融合，得到综合传动误差并将其作为实时补偿控制对象，实现低成本提高机床传动精度和零部件高精度、高效加工的目的。为完成这个目标，项目开展了：多级柔性自适应插补时钟提高传动误差动态检测精度的方法研究；零部件在线检测方法研究；通过误差溯源逆向推演将零部件某项误差映射为传动链附加传动误差方法研究；传动误差时空转换与实时预测方法研究；传动链传动误差前馈修正方法研究。通过传动误差修正技术将这个传动误差预测值修正，从而达到在线、动态修正传动链传动误差提高传动精度的目的。本项目创新之处：①提出多级柔性自适应插补时钟来提高传动误差动态测试精度的新方法，提高传动误差检测精度。②提出在线检测装置实现零部件一次安装实现加工、检测。③提出将机床本身传动链的传动误差和被加工零部件某项误差映射的附加传动误差作为两个子反馈量，通过建模融合成总反馈量，利用总反馈量实现传动误差的前馈控制实时补偿提高加工精度的方案。④提出传动误差“空—时—空”转换思想，解决传动误差前馈控制修正中最难实现的实时性关键技术问题。本项目成功的将一台普通机械式滚齿机精度提升3个精度等级，将一台数控插齿机的加工精度由GB 7级提升为GB 5级。在搭建的数控实验平台上通过预测算法将周期误差从3.11”降低到1.90”，并在数控实验平台上实现蜗轮的加工，实现了GB 2级蜗轮的加工和检测。本项目研究成果也可以推广到各种需要精密定位控制的机械系统上，优化整个系统的传动精度，从而提高其定位精度。