一種基于溫差的機床運動補償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于溫差的機床運動補償方法，包括以下步驟：S1、采集機床各運動軸在不同運動狀態(tài)下的溫差，并將溫差與運動狀態(tài)的對應關系存儲到預設數(shù)據(jù)庫中；S2、獲取機床各運動軸形變與溫差的映射模型；S3、根據(jù)機床運動狀態(tài)從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取目標運動軸當前溫差，并根據(jù)映射模型獲得當前形變量；S4、獲得當前加工工件誤差允許范圍；S5、判斷當前形變量是否超出誤差允許范圍；S6、根據(jù)判斷結(jié)果生成運動補償量；S7、結(jié)合機床數(shù)控系統(tǒng)輸出的運動量和運動補償量生成運動目標值。本發(fā)明充分考慮到機床運動軸熱脹冷縮的特性，通過運動補償?shù)姆椒朔C床長時間運動情況下摩擦生熱導致的運動軸熱脹形變帶來的加工誤差。
【專利說明】
一種基于溫差的機床運動補償方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及機床誤差補償技術領域，尤其涉及一種基于溫差的機床運動補償方法。
【背景技術】
[0002]數(shù)控機床作為一種半自動化批量生產(chǎn)工具，在制造業(yè)中占有舉足輕重的地位。但是，機床在運轉(zhuǎn)時，傳動部件之間存在相對運動，機床絲桿、螺母座、軸承等摩擦產(chǎn)生發(fā)熱而導致熱脹冷縮，從而造成機床三軸位移的變化，導致加工工件出現(xiàn)誤差。
[0003]目前解決以上問題的方法就是通過各種方法獲得機床溫升數(shù)據(jù)，然后根據(jù)溫升數(shù)據(jù)計算運動軸形變，在進行運動補償。該方法存在兩個問題:一、機床溫度不好測量，目前出現(xiàn)了在機床各傳動部件安裝溫度傳感器的方法進行溫度檢測，但是溫度傳感器只能在機床組裝時預裝，損壞了不好更換，而且容易對機床運行產(chǎn)生干涉;二、很多工件加工都是允許產(chǎn)生誤差的，而運動軸位移產(chǎn)生的加工誤差也未必超出誤差允許范圍，但是目前對運動軸進行誤差糾正時，不考慮誤差允許情況，導致誤差糾正工作量大，降低了工作效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于【背景技術】存在的技術問題，本發(fā)明提出了一種基于溫差的機床運動補償方法。
[0005]本發(fā)明提出的一種基于溫差的機床運動補償方法，包括以下步驟:
[0006]S1、在同型號機床上預裝溫度傳感器，采集機床各運動軸在不同運動狀態(tài)下的溫差，并將溫差與運動狀態(tài)的對應關系存儲到預設數(shù)據(jù)庫中；運動狀態(tài)包括運動速度和持續(xù)運動時間；
[0007]S2、獲取機床各運動軸形變與溫差的映射模型；
[0008]S3、根據(jù)機床運動狀態(tài)從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取目標運動軸當前溫差，并根據(jù)映射模型獲得當前形變量；
[0009]S4、獲得當前加工工件誤差允許范圍；
[0010]S5、判斷當前形變量是否超出誤差允許范圍；
[0011]S6、根據(jù)判斷結(jié)果生成運動補償量；
[0012]S7、結(jié)合機床數(shù)控系統(tǒng)輸出的運動量和運動補償量生成運動目標值。
[0013]優(yōu)選地，步驟S6具體為:當前形變量超出誤差允許范圍，運動補償量等于當前形變量;當前形變量未超出誤差允許范圍，運動補償量等于O。
[0014]優(yōu)選地，步驟S2中，形變與溫差的映射模型為:Al=kXΔΤ，其中Δ1為形變量，ΔT為溫差，k為計算常數(shù)并由運動軸材質(zhì)決定。
[0015]優(yōu)選地，步驟S2中，通過測量同型號機床各運動軸在不同溫差下的形變量推算形變與溫差的映射模型。
[0016]優(yōu)選地，步驟S2中，通過激光干涉儀測量形變量。
[0017]本發(fā)明提供的基于溫差的機床運動補償方法，充分考慮到機床運動軸熱脹冷縮的特性，通過運動補償?shù)姆椒朔C床長時間運動情況下摩擦生熱導致的運動軸熱脹形變帶來的加工誤差。
[0018]本發(fā)明中，通過在同型號機床上預裝溫度傳感器采集同型號機床在不同運動狀態(tài)下的溫差作為加床運動過程中的溫差數(shù)據(jù)，解決了生產(chǎn)過程中沒有預裝溫度傳感器的機床的溫度采集問題。且本發(fā)明中，將溫差與運動狀態(tài)的對應關系存儲到預設數(shù)據(jù)庫中，如此，需要計算溫差時，可通過運動狀態(tài)直接從預設數(shù)據(jù)庫中調(diào)用溫差，方便快捷。
[0019]本發(fā)明中，在進行運動補償之前，優(yōu)先根據(jù)工件允許誤差范圍判斷是否需要進行運動補償，即判斷形變導致的誤差是否超出工件允許誤差范圍。如此，避免了不必要的運動補償，有利于減少冗余工作，提高工件加工效率。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明提出的一種基于溫差的機床運動補償方法流程圖；
[0021]圖2為形變與溫差的關系圖譜示意圖。
【具體實施方式】
[0022]參照圖1，本發(fā)明提出的一種基于溫差的機床運動補償方法，包括以下步驟:
[0023]S1、在同型號機床上預裝溫度傳感器，采集機床各運動軸在不同運動狀態(tài)下的溫差，并將溫差與運動狀態(tài)的對應關系存儲到預設數(shù)據(jù)庫中。運動狀態(tài)包括運動速度和持續(xù)運動時間。
[0024]同型號的機床具有相同的性能，本步驟中，通過對同型號的機床預裝溫度傳感器進行溫度檢測，解決了安裝完成后的機床無法安裝溫度傳感器獲取溫升數(shù)據(jù)的問題。
[0025]本實施方式中的溫差為機場運動過程中摩擦生熱導致的溫升值，故而溫差恒大于O。機床各運動軸在一定運動速度下，其溫差并不是隨著運動時間的延長而無限上升的，一定運動速度下，溫差都有一個上限值，且溫差上限值與運動速度成正相關關系，即運動速度越大，運動軸可達到的溫差上限值越大。
[0026]本實施方式中，可將溫差與運動狀態(tài)的對應關系繪制成圖譜進行存儲，具體圖譜如圖2所示。某機床運動軸P在不同運動狀態(tài)下的溫升、降溫隨著時間的變化趨勢。值得注意的是，圖2中，降溫部分，降溫值等于停機初始時刻的溫升值減去停機時間對應的溫升值。例如，圖2中，機床在速度D下運行了時間t3后停止，此時溫升值為Tq，停止了時間ta后溫升值為Th，則，在停止初始溫度為Tq，對應停止時間ta的降溫值為Tq-Th。
[0027]如此，依照圖2，運動軸P在A速度下運行了 11時間后停止了時間ta，則根據(jù)圖譜可確定目標運動軸在A速度下運行了tl對應的溫升值為Tz，根據(jù)圖譜中中降溫與時間的關系，可以確定在停止初始時刻溫升值為Tz的情況下停止時間ta對應的降溫值為Tz-Th，則可獲得目標運動軸在A速度下運行了 tl時間后停止了時間ta后當前溫升數(shù)據(jù)為Tz-(Tz-Th) =Th。
[0028]可見，建立如圖2所示的溫差與形變關系圖譜后，可根據(jù)運動狀態(tài)在圖譜中直接查詢溫差值。
[0029]S2、獲取機床各運動軸形變與溫差的映射模型。
[0030]根據(jù)熱脹冷縮定律，形變與溫差的映射模型為:Δl = kX ΔΤ，其中Δ I為形變量，A T為溫差，k為計算常數(shù)并由運動軸材質(zhì)決定，且根據(jù)材質(zhì)的熱脹特性，同一材質(zhì)在不同溫度區(qū)間內(nèi)也可能取值不同，例如，k值與溫差值成反比關系。
[0031]本實施方式中，k值的確定，可通過測量同型號機床各運動軸在不同溫差下的形變量進行推算。具體可通過激光干涉儀對運動軸的位移變化量進行檢測，以提高形變檢測精度，并可在機床工作情況下實時檢測避免對機床工作造成影響。
[0032]S3、根據(jù)機床運動狀態(tài)從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取目標運動軸當前溫差，并根據(jù)映射模型獲得當前形變量。
[0033]S4、獲得當前加工工件誤差允許范圍。
[0034]本實施方式中，誤差允許范圍包括工件允許缺失量和工件允許增加量，工件加工過程中是缺失還是增加，和各運動軸的形變方向有關系。
[0035]S5、判斷當前形變量是否超出誤差允許范圍。
[0036]本實施方式中，可先根據(jù)形變量方向確定形變導致工件缺失還是增加，當工件缺失時與工件允許缺失量比較，當工建增加時與允許增加量比較。只有當工件缺失時形變量小于工件允許缺失量或者當工作增加時形變量小于允許增加量，才可判斷當前形變量未超出誤差允許范圍。
[0037]具體實施時，還可優(yōu)先將當前形變量分別與工件允許缺失量和工件允許增加量比較，當當前形變量即小于工件允許缺失量又小于工件允許增加量，判斷當前形變量未超出誤差允許范圍；當當前形變量即大于工件允許缺失量又大于工件允許增加量，判斷當前形變量超出誤差允許范圍；當當前形變量大于工件允許缺失量和工件允許增加量中的一個并小于另一個，才確定形變方向，并根據(jù)形變方向判斷選擇工件允許缺失量還是工件允許增加量作為比較標準。
[0038]S6、根據(jù)判斷結(jié)果生成運動補償量。
[0039]本實施方式中，當前形變量超出誤差允許范圍，運動補償量等于當前形變量；當前形變量未超出誤差允許范圍，運動補償量等于O。具體地，運動補償量等于當前形變量是指通過運動補償使得當前形變量消失，即工件加工O誤差。
[0040]S7、結(jié)合機床數(shù)控系統(tǒng)輸出的運動量和運動補償量生成運動目標值。
[0041 ]數(shù)控機床作為半自動化設備，其加工過程中的運動量都已經(jīng)設置在程序當中，本步驟中，根據(jù)運動補償量對運動量進行糾正，可避免溫差導致的形變對工件加工的不利影響。
[0042]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種基于溫差的機床運動補償方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、在同型號機床上預裝溫度傳感器，采集機床各運動軸在不同運動狀態(tài)下的溫差，并將溫差與運動狀態(tài)的對應關系存儲到預設數(shù)據(jù)庫中；運動狀態(tài)包括運動速度和持續(xù)運動時間； 52、獲取機床各運動軸形變與溫差的映射模型； 53、根據(jù)機床運動狀態(tài)從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取目標運動軸當前溫差，并根據(jù)映射模型獲得當前形變量； 54、獲得當前加工工件誤差允許范圍； 55、判斷當前形變量是否超出誤差允許范圍； 56、根據(jù)判斷結(jié)果生成運動補償量； 57、結(jié)合機床數(shù)控系統(tǒng)輸出的運動量和運動補償量生成運動目標值。2.如權利要求1所述的基于溫差的機床運動補償方法，其特征在于，步驟S6具體為:當前形變量超出誤差允許范圍，運動補償量等于當前形變量；當前形變量未超出誤差允許范圍，運動補償量等于O。3.如權利要求1所述的基于溫差的機床運動補償方法，其特征在于，步驟S2中，形變與溫差的映射模型為:Al = kX ΔΤ，其中Δ I為形變量，Δ T為溫差，k為計算常數(shù)并由運動軸材質(zhì)決定。4.如權利要求3所述的基于溫差的機床運動補償方法，其特征在于，步驟S2中，通過測量同型號機床各運動軸在不同溫差下的形變量推算形變與溫差的映射模型。5.如權利要求4所述的基于溫差的機床運動補償方法，其特征在于，步驟S2中，通過激光干涉儀測量形變量。
【文檔編號】G05B19/19GK105892401SQ201610237876
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】毛益飛, 楊紀村, 葛峰, 王宇, 石云, 張帝
【申請人】安徽省捷甬達智能機器有限公司