5.1补偿实验设置
为验证该模型的实用性,设计开展了热误差补偿实验。实验的设备参数、测量方式与热特性实验相同,但计算机以OPC-UA协议与数控系统通讯,搭载的误差模型可基于传感器与系统寄存器的输入,计算补偿值并传递给数控系统。数控系统中与补偿有关的部分寄存器见表11,输入补偿值便可采用原点偏移法进行补偿。需要注意,补偿运动无法减小关键部件的热变形,原理上也不会影响刀尖点以外误差项的测量值。

以下讨论如何计算各个轴的补偿值。当摇篮轴旋转补偿A轴时,会对Y、Z轴的测量值产生影响。故调整工作台上支架的安放位置,令DE0、DE1的支撑杆经过摇篮的转轴。此时根据式1得到A、Z、Y三个轴的补偿量:
式中:d为传感器DE0到摇篮转轴的垂直距离。则 Δa⋅d 是小角度假设下A轴补偿对Z轴的影响,对Y轴的影响为极小量。θ^s 等误差项为从误差模型中得到的预测值。
5.2补偿实验结果
补偿实验的条件为转速5000 r/min、高度 Y=−435 mm,实验情况如图11所示。在条件相同、环境温度相近(14℃)的两天进行了补偿前后的测量实验,并确认两次实验中测点温升量基本一致。以补偿前实验的数据为误差模型的验证集,实验最后(10000s)时的实测与预测误差项见表12,发现实测值绝对值小时预测的相对误差较大,但较小项的波动对刀尖点补偿总体影响不大,模型预测有较好的准确性。

表12实测与预测误差项对比

图12给出了补偿前后刀尖点误差的变化情况。除去模型本身的预测精度以外,运动轴的几何精度、补偿运动产生的振动均会对补偿的效果产生影响。在实验结束接近稳态时,θT 减小了4.44μrad(55%)、θT 笔误应为 θT 减小4.44μrad(55%)、YT 减小了5.83μm(73%)、Z减小了47.92μm(74%),一定程度上满足了实时补偿的要求。

2026-08
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