本发明涉及高端机床主轴精度控制，具体是涉及一种基于数字孪生的电主轴热误差预测方法。
背景技术：
1、数控成型磨齿机床在诸如航空装备、卫星制造与应用、轨道交通设备、海洋工程装备、流程工业等高端装备的齿轮制造中扮演关键角色。其高速磨削加工过程产生的热量引起机床内部温度不均与热误差，导致电主轴部件发生热误差，增加了齿轮表面的加工误差，严重影响加工精度。
2、目前针对机床的热误差建模和预测主要通过两种方法实现：基于有限元方法的数值解和智能时序预测算法。现有技术中提出了一种将有限元分析与热电偶和电容应变计的实验数据相结合的方法，用于为微铣主轴创建热位移模型。该模型旨在通过准确预测不同速度下主轴的位移，显著减少由热引起的加工误差，解决了严重影响制造精度的微加工中的热误差问题。然而基于有限元数值模拟的机床热误差建模和预测技术需要精确计算边界条件和热源参数，计算效率较低。利用先进的测试手段获取温升数据，基于机器学习和统计学习方法建立与热误差间的映射关系也是一种当前的研究方法。现有技术中利用模糊神经网络算法拟合了温度和热误差之间的映射关系，其预测精度高于感知器网络。现有技术中提出了一种嵌入在面向工业的机器学习大数据框架中的新型动态时空记忆图卷积网络模型，用于准确预测和控制机床的热误差。该方法通过全面捕捉热误差的时空特征相互作用，显著提高了预测准确性和稳健性，以及实时误差控制的培训效率。然而纯数据驱动预测方法容易偏离物理机制，导致过拟合和解释性较弱等缺点。
技术实现思路
1、发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种热误差预准确度高的基于数字孪生的电主轴热误差预测方法。
2、技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种基于数字孪生的电主轴热误差预测方法，包括以下步骤：
3、(1)构建电主轴三维结构模型，对电主轴进行有限元热分析，得到电主轴仿真的稳态温度场模型，并根据仿真结果初步筛选热敏感点作为温度测点；
4、(2)采用多目标进化算法优化温度测点的布局，所述多目标优化算法包括无监督的目标函数和有监督的目标函数；
5、(3)实时采集优化后各温度测点位置的电主轴的温升信号以及电主轴的位移；
6、(4)将采集的温升信号输入建立的改进transformer模型进行预测，得到热误差的预测结果；
7、(5)将预测结果的热误差与采集的电主轴的位移进行对比，根据对比结果调节稳态温度场模型和改进transformer模型；
8、(6)根据调节后的稳态温度场模型和改进transformer模型进行电主轴热误差预测。
9、有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是在成型磨齿加工领域引入数字孪生建模思想，有效结合了有限元数值建模获取的先验知识与人工智能算法的高性能估计特性，实现机床主轴砂轮端几何误差预测。建立的双目标优化温升测点布局方案能够显著降低测试成本，减少冗余测点部署。同时多通道逆transformer预测算法有效考虑了不同通道温升特征的关联，并结合变长预测模式实现了不同回顾步长下高精度热误差预测，极大拓展了高端数控装备精度监控及后续运维决策的途径。
1.一种基于数字孪生的电主轴热误差预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的电主轴热误差预测方法，其特征在于，所述步骤(1)中对电主轴进行有限元热分析包括确定热源以及边界条件，所述热源包括内置电机的功率损失和轴承处的摩擦热；所述边界条件包括定子与冷却槽之间的热传递；前轴承区域与冷却槽之间的热传递；定子与转子之间的热传递；转子末端与周围空气之间的热传递；前后密封环的空气间隙中的热传递；运动表面与周围空气之间的热传递；主轴壳体与周围空气之间的热传递。
3.根据权利要求2所述的电主轴热误差预测方法，其特征在于，所述无监督的目标函数通过单调性与趋势性指标构建，表示为单调性和趋势性的加权组合；
4.根据权利要求2所述的电主轴热误差预测方法，其特征在于，所述有监督的目标函数通过热误差与温升之间的相关系数构建，所述相关系数为：
5.根据权利要求3所述的电主轴热误差预测方法，其特征在于，所述步骤(4)中改进transformer模型为多通道逆transformer模型，将每一温升序列独立嵌入到词符中，相应的词符嵌入形式表达为可通过下式得到：
6.根据权利要求5所述的电主轴热误差预测方法，其特征在于，所述步骤(4)中改进transformer模型为多通道逆transformer模型，预测过程为：
7.根据权利要求1所述的电主轴热误差预测方法，其特征在于，所述步骤(3)中通过粘贴在电主轴外壳表面的铂电阻采集各温度测点位置的电主轴的温升信号；通过激光位移传感器采集电主轴的位移，所述电主轴的位移包括轴向位移和径向位移。
8.根据权利要求1所述的电主轴热误差预测方法，其特征在于，所述步骤(5)中将预测结果的热误差与采集的电主轴的位移进行对比，根据对比结果调节稳态温度场模型和改进transformer模型具体为：计算预测结果的热误差与采集的电主轴的位移的差值，并计算插值与待调参量间的偏导，依据梯度下降方法实现优化求解。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。
