一種精密數(shù)控機床熱誤差測量及溫度補償系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)控機床熱誤差測量及溫度補償系統(tǒng)，特別是涉及一種精密數(shù)控機床熱誤差測量及溫度補償系統(tǒng)，屬于數(shù)控機床溫度補償技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]機床(英文名稱:machinetool)是指制造機器的機器，亦稱工作母機或工具機，習(xí)慣上簡稱機床，一般分為金屬切削機床、鍛壓機床和木工機床等，現(xiàn)代機械制造中加工機械零件的方法很多:除切削加工外，還有鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓等，但凡屬精度要求較高和表面粗糙度要求較細的零件，一般都需在機床上用切削的方法進行最終加工，機床在國民經(jīng)濟現(xiàn)代化的建設(shè)中起著重大作用。數(shù)控機床是數(shù)字控制機床的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作并加工零件的控制單元，數(shù)控機床的操作和監(jiān)控全部在這個數(shù)控單元中完成，它是數(shù)控機床的大腦。
[0003]如今機床功能集成度越來越高，包括刀庫、轉(zhuǎn)臺、交換臺、自動上下料裝置的機床已經(jīng)成為未來的發(fā)展趨勢。但這些裝置的控制以及狀態(tài)顯示是電氣調(diào)試的重點工作之一，現(xiàn)有技術(shù)中，機床加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量;可進行多坐標的聯(lián)動，能加工形狀復(fù)雜的零件;加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準備時間；機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高，一般為普通機床的3?5倍;機床自動化程度高，可以減輕勞動強度;對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高。
[0004]目前，數(shù)控機床的床身、立柱、拖板等導(dǎo)軌基礎(chǔ)件和滾珠絲杠等傳動部件都是由金屬材料制成，由于驅(qū)動電機的發(fā)熱、運動部件摩擦發(fā)熱以及環(huán)境溫度等的變化，均會對機床運動軸位置產(chǎn)生附加誤差，這將直接影響機床的定位精度，從而影響工件的加工精度，對于在普通車間環(huán)境條件下使用的數(shù)控機床尤其是行程比較長的大型機床，熱膨脹系數(shù)的影響更不容忽視，比如對行程5米的進給軸來說，金屬材料的熱膨脹系數(shù)為10ppm(10ym/每Im每I度)，理論上溫度每上升I度，5m的行程的X軸就“脹長”50μπι，日溫差和冬夏季節(jié)溫差的影響便可想而知，但現(xiàn)有技術(shù)無法滿足數(shù)控機床熱誤差測量所需的同時獲得熱位移量和溫度值功能，因此高精度機床要求在規(guī)定的恒溫條件下制造或使用，普通條件下使用的數(shù)控機床為保證較高定位精度和加工精度，必須采取措施消除熱位移和溫度誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的是為了解決目前現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)控機床熱誤差測量及溫度補償系統(tǒng)存在的上述問題，提供一種測量精度高、可以同時獲得數(shù)控機床的熱位移量和溫度差的精密數(shù)控機床熱誤差測量及溫度補償系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過采用如下技術(shù)方案達到:
[0007]—種精密數(shù)控機床熱誤差測量及溫度補償系統(tǒng)，包括一用于測量熱誤差的熱誤差測量系統(tǒng)，一與熱誤差測量系統(tǒng)連接的可編程邏輯控制器，一數(shù)控單元和一用于溫度補償?shù)臏囟妊a償系統(tǒng)，所述可編程邏輯控制器、所述數(shù)控單元、所述溫度補償系統(tǒng)均與總線接口連接，所述熱誤差測量系統(tǒng)包括若干電感式位移傳感器和若干溫度傳感器，每個所述電感式位移傳感器和每個所述溫度傳感器均通過磁吸附件吸附在數(shù)控機床上，所述熱誤差測量系統(tǒng)還包括一信號過濾器，所述溫度補償系統(tǒng)包括一溫度補償單元、一位置調(diào)整模塊和一數(shù)據(jù)計算單元。
[0008]作為一種優(yōu)選方案，所述熱誤差測量系統(tǒng)還包括一溫度變送器和一位移變送器，所述溫度變送器與所述溫度傳感器電連接，所述位移變送器與所述電感式位移傳感器電連接。
[0009]作為一種優(yōu)選方案，所述熱誤差測量系統(tǒng)還包括一數(shù)據(jù)采集卡和一A/D接口，所述數(shù)據(jù)采集卡與所述溫度變送器和所述位移變送器電連接，所述A/D接口上接有所述信號過濾器和所述可編程邏輯控制器。
[0010]作為一種優(yōu)選方案，所述可編程邏輯控制器包括CPU、電源和存儲器，所述CPU、所述電源和所述存儲器之間電連接。
[0011]作為一種優(yōu)選方案，所述溫度補償系統(tǒng)包括一溫度補償單元、一位置調(diào)整模塊和一數(shù)據(jù)計算單元，所述位置調(diào)整模塊和所述數(shù)據(jù)計算單元均與所述溫度補償單元電連接。
[0012]作為一種優(yōu)選方案，所述位置調(diào)整模塊和所述數(shù)據(jù)計算單元還與一驅(qū)動器連接，所述驅(qū)動器與一電機連接。
[0013]作為一種優(yōu)選方案，所述數(shù)控單元包括依次相連的輸出理想位置的數(shù)控機床插補模塊、輸出實際位置的修正模塊以及輸出位置信號的數(shù)控機床位置控制模塊。
[0014]作為一種優(yōu)選方案，所述數(shù)控單元還包括相連的采集溫度的溫度采集模塊和輸出補償數(shù)據(jù)給修正模塊的溫度補償計算模塊;所述的溫度補償計算模塊根據(jù)采集到的當前溫度數(shù)據(jù)計算該溫度時刻的機床相應(yīng)的軸的溫度補償值，若溫度補償值為正值就通過數(shù)控機床位置控制模塊控制軸負向移動，否則就正向移動。
[0015]作為一種優(yōu)選方案，所述溫度采集模塊采集當前的溫度數(shù)據(jù)，以某個溫度為基準，測量相應(yīng)軸的各個位置誤差，得到這個溫度誤差曲線，所述溫度補償計算模塊計算溫度補償值。
[0016]作為一種優(yōu)選方案，所述溫度補償計算模塊計算時，采用以下公式進行計算:
[0017]ΔΚχ(Τ) =KO(T)+tan0(T)*(Px-PO)
[0018]其中:ΛΚχ(Τ)為軸Px位置的定位誤差溫度偏差補償值；
[0019]KO(T)是與軸位置不相關(guān)的溫度偏差；
[0020]Px為軸的實際位置；
[0021]PO為軸的參考點位置；
[0022]taniHT)為與軸位置相關(guān)的溫度補償系數(shù)，該溫度補償系數(shù)為定位誤差曲線的角度。
[0023]本發(fā)明的有益技術(shù)效果:本發(fā)明設(shè)計的一種精密數(shù)控機床熱誤差測量及溫度補償系統(tǒng)，通過溫度傳感器和電感式位移傳感器獲取機床各位置的實際熱位移量和溫度差，通過溫度補償將補償量輸出給驅(qū)動器，帶動電機進行位置補償，采用溫度補償計算模塊和插補模塊進行修正，輸出實際位置的補償量，該系統(tǒng)克服了在普通車間環(huán)境條件下使用的數(shù)控機床易產(chǎn)生誤差的缺點，提高了加工精度及定位精度，不僅測量精度高，而且可以同時獲得數(shù)控機床的熱位移量和溫度差。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明精密數(shù)控機床熱誤差測量及溫度補償系統(tǒng)整體示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明精密數(shù)控機床熱誤差測量及溫度補償系統(tǒng)具體示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明可編程邏輯控制器示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明數(shù)控單元示意圖。
[0028]圖中:100-熱誤差測量系統(tǒng)，200-可編程邏輯控制器，300-總線接口，400-數(shù)控單元，500-溫度補償系統(tǒng)，101-數(shù)控機床，102-磁吸附件，103-電感式位移傳感器，104-溫度傳感器，105-溫度變送器，106-位移變送器，107-數(shù)據(jù)采集卡，108-信號過濾器，109-A/D接口，201-CPU，202-電源，203-存儲器，401-修正模塊，402-溫度補償計算模塊，403-數(shù)控機床插補模塊，404-溫度采集模塊，405-數(shù)控機床位置控制模塊，501-溫度補償單元，502-位置調(diào)整模塊，503-數(shù)據(jù)計算單元，504-驅(qū)動器，505-電機。
【具體實施方式】
[0029]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更加清楚和明確本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0030]如圖1和圖2所示，一種精密數(shù)控機床熱誤差測量及溫度補償系統(tǒng)，包括一用于測量熱誤差的熱誤差測量系統(tǒng)100，一與熱誤差測量系統(tǒng)100連接的可編程邏輯控制器200，一數(shù)控單元400和一用于溫度補償?shù)臏囟妊a償系統(tǒng)500，所述可編程邏輯控制器200、所述數(shù)控單元400、所述溫度補償系統(tǒng)500均與總線接口 300連接，所述熱誤差測量系統(tǒng)100包括若干電感式位移傳感器103和若干溫度傳感器104，每個所述電感式位移傳感器103和每個所述溫度傳感器104均通過磁吸附件102吸附在數(shù)控機床101上，所述熱誤差測量系統(tǒng)100還包括一信號過濾器108，所述溫度補償系統(tǒng)500包括一溫度補償單元501、一位置調(diào)整模塊502和一數(shù)據(jù)計算單元503。
[0031]如圖2所示，作為本實施例的一種優(yōu)選方案，所述熱誤差測量系統(tǒng)