一種基于溫差的機(jī)床運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于溫差的機(jī)床運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，包括以下步驟：S1、采集機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的溫差，并將溫差與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系存儲(chǔ)到預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)中；S2、獲取機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸形變與溫差的映射模型；S3、根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)狀態(tài)從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸當(dāng)前溫差，并根據(jù)映射模型獲得當(dāng)前形變量；S4、獲得當(dāng)前加工工件誤差允許范圍；S5、判斷當(dāng)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(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量；S7、結(jié)合機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)輸出的運(yùn)動(dòng)量和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量生成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)值。本發(fā)明充分考慮到機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸熱脹冷縮的特性，通過運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒朔C(jī)床長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)情況下摩擦生熱導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)軸熱脹形變帶來的加工誤差。
【專利說明】
一種基于溫差的機(jī)床運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于溫差的機(jī)床運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)控機(jī)床作為一種半自動(dòng)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(jī)床在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，傳動(dòng)部件之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，機(jī)床絲桿、螺母座、軸承等摩擦產(chǎn)生發(fā)熱而導(dǎo)致熱脹冷縮，從而造成機(jī)床三軸位移的變化，導(dǎo)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(jī)床溫升數(shù)據(jù)，然后根據(jù)溫升數(shù)據(jù)計(jì)算運(yùn)動(dòng)軸形變，在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。該方法存在兩個(gè)問題:一、機(jī)床溫度不好測(cè)量，目前出現(xiàn)了在機(jī)床各傳動(dòng)部件安裝溫度傳感器的方法進(jìn)行溫度檢測(cè)，但是溫度傳感器只能在機(jī)床組裝時(shí)預(yù)裝，損壞了不好更換，而且容易對(duì)機(jī)床運(yùn)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(yùn)動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行誤差糾正時(shí)，不考慮誤差允許情況，導(dǎo)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(shù)】存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于溫差的機(jī)床運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法。
[0005]本發(fā)明提出的一種基于溫差的機(jī)床運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，包括以下步驟:
[0006]S1、在同型號(hào)機(jī)床上預(yù)裝溫度傳感器，采集機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的溫差，并將溫差與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系存儲(chǔ)到預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)中；運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括運(yùn)動(dòng)速度和持續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間；
[0007]S2、獲取機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸形變與溫差的映射模型；
[0008]S3、根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)狀態(tài)從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸當(dāng)前溫差，并根據(jù)映射模型獲得當(dāng)前形變量；
[0009]S4、獲得當(dāng)前加工工件誤差允許范圍；
[0010]S5、判斷當(dāng)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(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量；
[0012]S7、結(jié)合機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)輸出的運(yùn)動(dòng)量和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量生成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)值。
[0013]優(yōu)選地，步驟S6具體為:當(dāng)前形變量超出誤差允許范圍，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量等于當(dāng)前形變量;當(dāng)前形變量未超出誤差允許范圍，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)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(jì)算常數(shù)并由運(yùn)動(dòng)軸材質(zhì)決定。
[0015]優(yōu)選地，步驟S2中，通過測(cè)量同型號(hào)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)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(cè)量形變量。
[0017]本發(fā)明提供的基于溫差的機(jī)床運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，充分考慮到機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸熱脹冷縮的特性，通過運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒朔C(jī)床長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)情況下摩擦生熱導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)軸熱脹形變帶來的加工誤差。
[0018]本發(fā)明中，通過在同型號(hào)機(jī)床上預(yù)裝溫度傳感器采集同型號(hào)機(jī)床在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的溫差作為加床運(yùn)動(dòng)過程中的溫差數(shù)據(jù)，解決了生產(chǎn)過程中沒有預(yù)裝溫度傳感器的機(jī)床的溫度采集問題。且本發(fā)明中，將溫差與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系存儲(chǔ)到預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，如此，需要計(jì)算溫差時(shí)，可通過運(yùn)動(dòng)狀態(tài)直接從預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用溫差，方便快捷。
[0019]本發(fā)明中，在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償之前，優(yōu)先根據(jù)工件允許誤差范圍判斷是否需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，即判斷形變導(dǎo)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(yùn)動(dòng)補(bǔ)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(jī)床運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法流程圖；
[0021]圖2為形變與溫差的關(guān)系圖譜示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]參照?qǐng)D1，本發(fā)明提出的一種基于溫差的機(jī)床運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，包括以下步驟:
[0023]S1、在同型號(hào)機(jī)床上預(yù)裝溫度傳感器，采集機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的溫差，并將溫差與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系存儲(chǔ)到預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)中。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括運(yùn)動(dòng)速度和持續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間。
[0024]同型號(hào)的機(jī)床具有相同的性能，本步驟中，通過對(duì)同型號(hào)的機(jī)床預(yù)裝溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測(cè)，解決了安裝完成后的機(jī)床無法安裝溫度傳感器獲取溫升數(shù)據(jù)的問題。
[0025]本實(shí)施方式中的溫差為機(jī)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)過程中摩擦生熱導(dǎo)致的溫升值，故而溫差恒大于O。機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸在一定運(yùn)動(dòng)速度下，其溫差并不是隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)而無限上升的，一定運(yùn)動(dòng)速度下，溫差都有一個(gè)上限值，且溫差上限值與運(yùn)動(dòng)速度成正相關(guān)關(guān)系，即運(yùn)動(dòng)速度越大，運(yùn)動(dòng)軸可達(dá)到的溫差上限值越大。
[0026]本實(shí)施方式中，可將溫差與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系繪制成圖譜進(jìn)行存儲(chǔ)，具體圖譜如圖2所示。某機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸P在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的溫升、降溫隨著時(shí)間的變化趨勢(shì)。值得注意的是，圖2中，降溫部分，降溫值等于停機(jī)初始時(shí)刻的溫升值減去停機(jī)時(shí)間對(duì)應(yīng)的溫升值。例如，圖2中，機(jī)床在速度D下運(yùn)行了時(shí)間t3后停止，此時(shí)溫升值為Tq，停止了時(shí)間ta后溫升值為Th，則，在停止初始溫度為Tq，對(duì)應(yīng)停止時(shí)間ta的降溫值為Tq-Th。
[0027]如此，依照?qǐng)D2，運(yùn)動(dòng)軸P在A速度下運(yùn)行了 11時(shí)間后停止了時(shí)間ta，則根據(jù)圖譜可確定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸在A速度下運(yùn)行了tl對(duì)應(yīng)的溫升值為Tz，根據(jù)圖譜中中降溫與時(shí)間的關(guān)系，可以確定在停止初始時(shí)刻溫升值為Tz的情況下停止時(shí)間ta對(duì)應(yīng)的降溫值為Tz-Th，則可獲得目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸在A速度下運(yùn)行了 tl時(shí)間后停止了時(shí)間ta后當(dāng)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(guān)系圖譜后，可根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在圖譜中直接查詢溫差值。
[0029]S2、獲取機(jī)床各運(yùn)動(dòng)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(jì)算常數(shù)并由運(yùn)動(dòng)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(guān)系。
[0031]本實(shí)施方式中，k值的確定，可通過測(cè)量同型號(hào)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸在不同溫差下的形變量進(jìn)行推算。具體可通過激光干涉儀對(duì)運(yùn)動(dòng)軸的位移變化量進(jìn)行檢測(cè)，以提高形變檢測(cè)精度，并可在機(jī)床工作情況下實(shí)時(shí)檢測(cè)避免對(duì)機(jī)床工作造成影響。
[0032]S3、根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)狀態(tài)從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸當(dāng)前溫差，并根據(jù)映射模型獲得當(dāng)前形變量。
[0033]S4、獲得當(dāng)前加工工件誤差允許范圍。
[0034]本實(shí)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(yùn)動(dòng)軸的形變方向有關(guān)系。
[0035]S5、判斷當(dāng)前形變量是否超出誤差允許范圍。
[0036]本實(shí)施方式中，可先根據(jù)形變量方向確定形變導(dǎo)致工件缺失還是增加，當(dāng)工件缺失時(shí)與工件允許缺失量比較，當(dāng)工建增加時(shí)與允許增加量比較。只有當(dāng)工件缺失時(shí)形變量小于工件允許缺失量或者當(dāng)工作增加時(shí)形變量小于允許增加量，才可判斷當(dāng)前形變量未超出誤差允許范圍。
[0037]具體實(shí)施時(shí)，還可優(yōu)先將當(dāng)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(dāng)當(dāng)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(dāng)前形變量未超出誤差允許范圍；當(dāng)當(dāng)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(dāng)前形變量超出誤差允許范圍；當(dāng)當(dāng)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(gè)并小于另一個(gè)，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(biāo)準(zhǔn)。
[0038]S6、根據(jù)判斷結(jié)果生成運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量。
[0039]本實(shí)施方式中，當(dāng)前形變量超出誤差允許范圍，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量等于當(dāng)前形變量；當(dāng)前形變量未超出誤差允許范圍，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量等于O。具體地，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量等于當(dāng)前形變量是指通過運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償使得當(dāng)前形變量消失，即工件加工O誤差。
[0040]S7、結(jié)合機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)輸出的運(yùn)動(dòng)量和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量生成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)值。
[0041 ]數(shù)控機(jī)床作為半自動(dòng)化設(shè)備，其加工過程中的運(yùn)動(dòng)量都已經(jīng)設(shè)置在程序當(dāng)中，本步驟中，根據(jù)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量對(duì)運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行糾正，可避免溫差導(dǎo)致的形變對(duì)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(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于溫差的機(jī)床運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、在同型號(hào)機(jī)床上預(yù)裝溫度傳感器，采集機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的溫差，并將溫差與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系存儲(chǔ)到預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)中；運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括運(yùn)動(dòng)速度和持續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間； 52、獲取機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸形變與溫差的映射模型； 53、根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)狀態(tài)從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸當(dāng)前溫差，并根據(jù)映射模型獲得當(dāng)前形變量； 54、獲得當(dāng)前加工工件誤差允許范圍； 55、判斷當(dāng)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(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量； 57、結(jié)合機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)輸出的運(yùn)動(dòng)量和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量生成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)值。2.如權(quán)利要求1所述的基于溫差的機(jī)床運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，其特征在于，步驟S6具體為:當(dāng)前形變量超出誤差允許范圍，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量等于當(dāng)前形變量；當(dāng)前形變量未超出誤差允許范圍，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量等于O。3.如權(quán)利要求1所述的基于溫差的機(jī)床運(yùn)動(dòng)補(bǔ)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(jì)算常數(shù)并由運(yùn)動(dòng)軸材質(zhì)決定。4.如權(quán)利要求3所述的基于溫差的機(jī)床運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，其特征在于，步驟S2中，通過測(cè)量同型號(hào)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)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(quán)利要求4所述的基于溫差的機(jī)床運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，其特征在于，步驟S2中，通過激光干涉儀測(cè)量形變量。
【文檔編號(hào)】G05B19/19GK105892401SQ201610237876
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月18日
【發(fā)明人】毛益飛, 楊紀(jì)村, 葛峰, 王宇, 石云, 張帝
【申請(qǐng)人】安徽省捷甬達(dá)智能機(jī)器有限公司