《数控磨床热误差智能预测与补偿系统技术规范》标准征求意见稿

1T/CMEEEAXXXX—2025数控磨床热误差智能预测与补偿系统技术规范本文件规定了数控磨床热误差智能预测与补偿系统的技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输与贮存。本文件适用于三轴及以上数控磨床的主轴、进给轴（X轴、Z轴等）热误差动态补偿，其他类型磨床可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1热误差thermalerror由内部热源（主轴、电机、摩擦副）和外部环境温度变化引起，机床因热变形导致的实际加工位置与指令位置的偏差，即切削工具与工件相对位置的变动值。3.2热误差补偿thermalerrorcompensation根据热误差预测值反向调整工件坐标系原点，抵消热变形对加工精度的影响。4技术要求4.1热误差实时监测4.1.1传感器选型与安装4.1.1.1应采用精度不低于±0.1℃的热电偶或铂电阻传感器，安装于主轴轴承座、X/Z轴导轨、丝杠螺母等关键热源处，传感器数量不少于6个。4.1.1.2应采用激光位移传感器或分辨率不小于0.1μm的光栅尺，安装于主轴端部及进给轴移动端，用于直接测量热变形量。4.1.1.3可采用精度不低于±0.1℃的内置式微型热电偶或铂电阻传感器，安装于主轴轴承内环、丝杠螺母座内部等核心热源位置。4.1.2数据采集与传输4.1.2.1数据采集频率：a)温度数据≥1Hz；b)位移数据≥10Hz；c)支持高速率(≥100kHz）同步采集。T/CMEEEAXXXX—202524.1.2.2通信方式：可采用有线（以太网/RS485）或无线（LoRa/WiFi）传输，数据传输延迟不大于100ms，丢包率小于0.1%。4.2热误差智能建模4.2.1模型构建4.2.1.1模型类型：应支持多元线性回归模型及神经网络模型，其中神经网络模型预测精度应满足：在25℃~45℃环境温度下，主轴热误差预测误差不大于3μm（95%置信区间）。4.2.1.2输入参数：应至少包含主轴转速、环境温差、导轨温升、运行时间等8个以上特征变量。4.2.2模型自适应优化应具备工况自适应调整功能，当磨床连续运行超过2h或负载变化大于30%时，模型参数应能自动更新，更新周期不大于5min。4.3动态补偿控制4.3.1补偿算法4.3.1.1应采用前馈-反馈复合控制算法，补偿响应时间不大于50ms。4.3.1.2应支持宏变量赋值方式，补偿值传输至机床数控系统的延迟不应大于200ms。4.3.2补偿精度在典型工况下，系统开启后磨床加工尺寸误差相较于无补偿状态应降低不小于60%。4.4系统兼容性应支持主流数控系统，数据采集卡通道数不小于16路，采样精度不少于16位。4.5系统可靠性平均无故障运行时间（MTBF）不应小于48h。5试验方法5.1热误差实时监测5.1.1传感器选型与安装5.1.1.1温度传感器精度及数量试验应按下列步骤执行：a)将温度传感器放入标准温度源中，设置温度点为20℃、40℃、60℃、80℃,保温10min后记录传感器测量值；b)计算各温度点测量值与标准值的偏差；c)检查传感器安装位置（主轴轴承座、X/Z轴导轨、丝杠螺母等），统计数量。5.1.1.2位移传感器精度试验应按下列步骤执行：a)将激光位移传感器或光栅尺安装于精密位移台，设置位移量为0μm、5μm、10μm、20μm；b)记录传感器测量值，计算与实际位移量的偏差。5.1.2数据采集与传输5.1.2.1采集频率试验应按下列步骤执行：a)模拟温度信号（1Hz正弦波）和位移信号（10Hz方波）输入数据采集系统；T/CMEEEAXXXX—20253b)用示波器监测采集系统输出信号，验证数据采集频率；c)采用高速同步采集模式（100kHz），记录1000组数据，检查同步误差。5.1.2.2传输性能应按下列步骤执行：a)通过有线（以太网/RS485）或无线（LoRa/WiFi）传输1000组数据包（每组1024字节）；b)记录传输延迟（发送至接收时间差）；c)统计丢包数量，计算丢包率。5.2热误差智能建模5.2.1模型构建5.2.1.1神经网络模型预测精度应按下列步骤执行：a)连续采集1000组样本数据（包含主轴转速、环境温度等8个以上输入参数及对应的实测热误差值）；b)划分70%样本用于模型训练，30%样本用于测试；c)计算测试集的热误差预测值与实测值的偏差。5.2.1.2输入参数完整性应按下列步骤执行：a)检查系统采集的输入参数清单，应至少包含主轴转速、环境温差、导轨温升、运行时间等8个特征变量；b)模拟缺失1个参数的场景，验证模型是否能正常运行。5.2.2模型自适应优化应按下列步骤执行：a)在运行第2小时、第3小时分别记录模型参数更新触发时间及完成时间，检查更新周期；b)对比更新前后的模型预测误差，检查误差波动幅度。5.3动态补偿控制5.3.1补偿算法5.3.1.1响应时间应按下列步骤执行：a)通过函数发生器向补偿系统输入阶跃热误差信号；b)用示波器记录补偿指令输出时间，计算响应时间。5.3.1.2传输延迟应按下列步骤执行：a)在数控系统中触发补偿指令，记录系统发送补偿值的时间戳T1；b)数控系统接收并执行补偿指令的时间戳T2，计算传输延迟（T2-T1）。5.3.2补偿精度应按下列步骤执行：a)关闭补偿系统，加工标准试件，测量加工尺寸误差E1；b)开启补偿系统，在相同工况下加工相同试件，测量误差E2；c)计算误差降低率（(E1-E2)/E1×100%）。5.4系统兼容性T/CMEEEAXXXX—20254应按下列步骤执行：a)将系统分别接入上述数控系统，通过宏程序调用补偿功能，验证数据通信及指令执行是否正b)检查数据采集卡通道数，接入16路模拟信号，验证是否能正常采集；c)输入标准电压信号，检查采集系统显示值与理论值偏差。5.5系统可靠性应按下列步骤执行：a)系统满负荷运行，记录运行时间及故障次数；b)累计运行时间超过48h，期间应无故障，计算平均无故障运行时间（MTBF）；c)若出现故障，记录故障原因及修复时间，重新累计运行时间。6检验规则6.1检验分类分为出厂检验和型式检验。6.2检验项目检验项目应符合表1的规定。表1检验项目1√√2√√3√√4√√5√√6√√7√√8-√6.3出厂检验出厂检验项目应符合表1的规定。6.4型式检验型式检验项目应符合表1规定，有下列情况之一时，应进行型式检验：a)新产品或老产品转厂生产的试制定型鉴定时；b)正常生产，每年检验一次；c)设计、工艺、配方有改变可能影响产品质量时；d)停产1年后，恢复生产时；e)出厂检验结果与上次型式检验结果有较大差异时。6.5组批以同一批次生产的、相同型号规格的产品为一个检验批。6.6抽样应按GB/T2828.1的规定执行。6.7判定规则6.7.1出厂检验结果中有一项指标不合格，应重新加倍取样复检，复检结果有一项不合格，应判定整T/CMEEEAXXXX—20255批产品为不合格。6.7.2型式检验结果中有一项指标不合格，应判定为不合格。7标志、包装、运输与贮存7.1标志7.1.1产品标志系统主机及传感器应标注清晰、耐久的产品标志，内容包括：a)产品名称及型号；b)制造商名称及商标；c)产品编号及生产日期；d)主要技术参数。7.1.2包装标志外包装应标注：a)产品名称、型号及批号；b)毛重、净重及外形尺寸；c)“向上”“防潮”“堆码极限”等图示标志；d)制造商名称及联系方式。7.2包装7.2.1系统主机应采用防静电袋包裹后装入泡沫缓冲材料，再放入坚固木箱。7.2.2传感器及附件应独立包装，防止挤压损坏，包装内应随附产品合格证、校准证书。7.2.3技术文件（使用说明书、安装手册、检验报告）应密封后放入防水文件袋，固定于包装箱。7.3运输7.3.1运输