CN102501145B - 数控落地镗床滑枕下垂补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控落地镗床滑枕下垂补偿方法，包括取得当前数控落地镗床补偿参数的步骤和使用条件下补偿的步骤，其中取得当前数控落地镗床补偿参数的步骤包括：确定一个补偿间距；确定每一补偿点的补偿值；以及依据获得的补偿点的补偿值及对应的坐标；而使用条件下补偿的步骤包括：读取滑枕当前坐标；判断滑枕当前坐标所属的分段区间；若滑枕坐标为该分段区间一端点坐标，则以该端点的压力给定值进行补偿；若滑枕坐标该分段区间内，则以该分段区间的直线函数为基础进行线性补偿。依据本发明的补偿方法满足较高补偿精度要求。

Description

数控落地镗床滑枕下垂补偿方法

技术领域

本发明涉及一种数控落地镗床滑枕下补偿方法。

背景技术

大型落地镗床的滑枕下垂补偿技术是落地镗产品的关键性技术之一，其补偿效果关系到多项重要精度指标。当前广泛采用补偿方法是单一的斜率补偿法，该补偿方法是以滑枕的下垂呈线性变化的理想条件为基础的，以此为基础让补偿压力给定值按上述斜率进行线性变化，以调整主轴箱姿态，从而达到补偿下垂误差的目的。

这样的补偿方法在下垂特性符合线性特征时可得到较好的补偿效果，如果下垂特性表现为明显的非线性时则补偿效果较差。大型落地镗产品因滑枕行程长，且滑枕宏观上并不表现为理想均质杆性件，其下垂特性通常表现为不同程度的非线性。参见说明书附图1，图中放大部分上面的曲线在图1中的宏观表示是一种滑枕的下垂特性曲线，具有明显的非线性特征。显而易见地，当采用单一斜率的补偿方法进行补偿时，难以获得理想的补偿效果。

因此，本领域的技术人员开发出了实时补偿的系统和方法，是一种闭环控制的无级补偿方法，也满足理论上的高精度补偿。然而，这种补偿方法不仅代价高，而且没有必要。该方案通过检测装置实时检测滑枕的变形量，通过液压缸进行下垂补偿，由于滑枕的机械结构进行了精确的校核和分析，不适宜再装配其他如检测装置等附件，以免影响其整体的机械性能。实时检测并响应的补偿方法固然可以获得比较理想的补偿效果，但包括机械阻尼的在内的系统阻尼时的这种实时响应名不副实；同时，这种实时调整并不符合滑枕在有些工作环境下频繁动作的特性，必然会造成比较大的系统占用以及调整的相对稳定性与调整惯性的冲突。

发明内容

因此，本发明的目的在于在既有线性补偿系统的基础上不作硬件改动的条件下，提出一种满足较高补偿精度要求的数控落地镗床滑枕下垂补偿方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种数控落地镗床滑枕下垂补偿方法，包括取得当前数控落地镗床补偿参数的步骤和使用条件下补偿的步骤，其中取得当前数控落地镗床补偿参数的步骤包括：

确定一个补偿间距，以该补偿间距为区间长度，把滑枕伸出的区间依次划分为分段区间，并记录各分段区间的端点坐标，其中端点为补偿点；

确定每一补偿点的补偿值，以及在完全补偿该补偿值时所需要的压力给定值；以及

依据获得的补偿点的补偿值及对应的坐标，以各分段区间两端点所在直线为基准得出各分段区间的直线函数；

而使用条件下补偿的步骤包括：

读取滑枕当前坐标；

判断滑枕当前坐标所属的分段区间；

若滑枕坐标为该分段区间一端点坐标，则以该端点的压力给定值进行补偿；若滑枕坐标该分段区间内，则以该分段区间的直线函数为基础进行线性补偿。

依据本发明的上述数控落地镗床滑枕下垂补偿方法，采用了介于实时补偿与整体等斜率补偿方法之间的补偿方法，比于前者，不需要每次补偿的测量和动态的补偿，只需要比较坐标，就可以直接获得补偿参数，响应速度快；比于后者，补偿参数的设定为初始的设定，之后仅限于数据的调用，对后续的响应速的影响不大，而精度会有大幅的提高。尤其是，本方案不需要对硬件和机械构成进行改造，成本大大降低，且补偿参数的初始设定可以进行备份，后期的维护成本等同于现有等斜率补偿方法的维护成本。

上述数控落地镗床滑枕下垂补偿方法，所述补偿间距取40mm~120mm。

上述数控落地镗床滑枕下垂补偿方法，对同一数控落地镗床采用不同的补偿间距通过所述取得当前数控落地镗床补偿参数的步骤获得多组补偿参数，进而验证每一组补偿参数的补偿精度，依次对应存储，并在不同精度的加工中调用所需补偿精度对应的一组补偿参数。

上述数控落地镗床滑枕下垂补偿方法，所述补偿间距取9个，对应有9组补偿参数。

上述数控落地镗床滑枕下垂补偿方法，所述补偿间距取100mm。

上述数控落地镗床滑枕下垂补偿方法，所述压力给定值的获得方法是滑枕每伸长一个补偿间距，驱动补偿系统进行补偿，直至滑枕下垂量为零，然后读取补偿系统当前的压力给定值。

上述数控落地镗床滑枕下垂补偿方法，测定滑枕下垂量的仪器为百分表，该百分表固定在以床身为固定件的滑动副的滑动件上，滑动方向平行于滑枕坐标轴；对应地，百分表的测杆垂直地接合在滑枕底部；从而，当滑枕伸长时，因下垂而使测杆动作，百分表有正向读数，通过驱动补偿系统进行补偿，直至百分表读数为零即补偿完成。

上述数控落地镗床滑枕下垂补偿方法，每一补偿点的补偿参数确定后退出补偿状态，并立即保存对应的补偿参数。

附图说明

图1为本发明数控落地镗床滑枕下垂补偿方法依据的技术原理图。

具体实施方式

依据本发明的一种数控落地镗床滑枕下垂补偿方法，包括取得当前数控落地镗床补偿参数的步骤和使用条件下补偿的步骤；其中补偿参数体现在以下内容中，包括补偿点的坐标值、该补偿点对应的压力给定值，以及分段区间对应的直线函数的斜率，因此，对应的取得当前数控落地镗床补偿参数的步骤包括：

确定一个补偿间距，以该补偿间距为区间长度，把滑枕伸出的区间依次划分为分段区间，并记录各分段区间的端点坐标，其中端点为补偿点；

确定每一补偿点的补偿值，以及在完全补偿该补偿值时所需要的压力给定值；以及

依据获得的补偿点的补偿值及对应的坐标，以各分段区间两端点所在直线为基准得出各分段区间的直线函数；

而使用条件下补偿的步骤包括：

读取滑枕当前坐标；

判断滑枕当前坐标所属的分段区间；

若滑枕坐标为该分段区间一端点坐标，则以该端点的压力给定值进行补偿；若滑枕坐标该分段区间内，则以该分段区间的直线函数为基础进行线性补偿。

需要说明的是该补偿方法的上述步骤不是严格意义的流转顺序，如坐标值的记录，可以在补偿值得取得后进行记录，因此，依据上述方案的简单且合理的变换，应当属于相关技术手段的相同或者等同变换方式。

基于本方案的补偿方法不需要对既有的通过定斜率补偿的方法的数控系统进行改造，因此，其补偿系统是一样的。依据本方案的补偿方法与实时补偿的方法似乎有相对较大的相似性，但发明人认为，本方案与试试补偿的方法属于两个不同的技术路线，本领域的技术人员在定斜率补偿的技术条件下，容易想到的是实时补偿，而不容易想到采用分段补偿的方法，分段补偿在既有的技术条件下被认为是操作过于繁琐。当然，经过验证，其操作仅限于出厂前的预定义。

此外，实时补偿需要改造数控系统，代价太大，且对于成熟的数控系统的改造往往不被允许，容易导致系统运行的不稳定因素出现。

依据上述方法，发明人认为，补偿间距的选取主要有两个方面，一个是当前的数库系统的属性，第二个是所要求的补偿精度。之于前者，不同的数库系统，滑枕的伸长量并不一样，滑枕的刚度也不一样，因此补偿间距的选择有一定的差异，选取的合理的所述补偿间距为40mm~120mm，依据前述的内容作两种解释，一种为针对不同的数空系统，进行选择，滑枕刚度较大，可以选择的补偿间距相对较大，反之，则较小。另一种解释源于补偿精度，经过长期的验证，发现绝大部分的数控系统在补偿间距为50~100mm时均可以获得相关产品的加工精度要求。对于一些加工精度相对较低或者较高的产品，可以对该补偿区间进行拓展，但最高不能大于120mm，据以产生的补偿误差相对较大，最低则不能低于40mm，否则系统的开销相对比较大，响应速度也慢。

发明人认为，对补偿间距进行合理的选择并非是显而易见的，需要经过长期的验证和论证，并需克服本领域的技术人员非线性即实时的一般认识。

进一步地，发明人认为在补偿间距上述选择范围的条件下，较好的方案为对同一数控落地镗床采用不同的补偿间距通过所述取得当前数控落地镗床补偿参数的步骤获得多组补偿参数，进而验证每一组补偿参数的补偿精度，依次对应存储，并在不同精度的加工中调用所需补偿精度对应的一组补偿参数。使得相关数控系统具有广泛的适用性。

进而，所述补偿间距取9个，对应有9组补偿参数，满足合理的系统开销和精度级别的划定。

经过长期的验证发现，固定取所述补偿间距100mm可以大大节省调试时间，且对于不同的数控系统，基本上可以满足补偿精度不小于0.01mm的技术要求。

较佳地，所述压力给定值的获得方法是滑枕每伸长一个补偿间距，驱动补偿系统进行补偿，直至滑枕下垂量为零，然后读取补偿系统当前的压力给定值，调试过程相对比较简单。

进一步的选择为，测定滑枕下垂量的仪器为百分表，该百分表固定在以床身为固定件的滑动副的滑动件上，滑动方向平行于滑枕坐标轴；对应地，百分表的测杆垂直地接合在滑枕底部；从而，当滑枕伸长时，因下垂而使测杆动作，百分表有正向读数，通过驱动补偿系统进行补偿，直至百分表读数为零即补偿完成。

每一补偿点的补偿参数确定后退出补偿状态，并立即保存对应的补偿参数，以备补偿数据遭意外破坏时进行数据恢复，确保补偿数据的安全。

下面结合说明书附图1，以一个具体的实施例产品本发明的技术方案：

如图1所示为某台大型数控落地镗的滑枕下垂特性曲线，由图可见该特性呈现显著的非线性特征。以往是以线性的补偿方法去补偿该曲线，因而难以达到较高的补偿精度。依据本发明技术对下垂特性曲线进行了分段，图中右上角较清楚地反映出分段的特性，以多段不同斜率的直线来逼近这条曲线，图中可以较轻楚的显示出依据本方案可以达到理想的补偿效果。

1.首先进行误差采样：

设计一个滑枕补偿模式，在该模式下通过按正负按键可以调整补偿压力给定值。误差采样时，滑枕每伸出100mm观察百分表读数，如出现正向读数(即已下垂)，通过调整压力给定值使表针归零，否则不需调整压力给定值，然后按下下述的“滑枕补偿”按钮。

2.采样数据存储：

定义一个“滑枕补偿”按钮。每按下“滑枕补偿”按钮时，将当前的滑枕坐标值及压力给定值，保存到DB块中与当前补偿点对应的地址。

如当前为1号补偿点，保存后即得到了Pos1(坐标值)和Value1(补偿值)。

3.计算得到各补偿区间的直线函数式：

待滑枕全行程误差采样完毕，即可退出滑枕补偿模式。此时已经得到了若干组补偿点数据，每组补偿点数据包括Pos*(坐标值)和Value*(补偿值)两个数据。

以图1为例，下垂特性分成10个补偿区间，共有11个补偿点，因此补偿完成时将得到[Pos0, Value0]…[Pos10, Value10]，共11组补偿点数据。

将相邻两补偿点的数据列出直线方程组，即可得出由给该两补偿点形成的补偿区间的直线函数。以第6补偿区间的计算为例，则有： 

Value5 = K6·Pos5 + B6；

Value6 = K6·Pos6 + B6。

解之，即可得到K6、B6，从而得到第6补偿区间的直线函数式：

压力给定值 = K6·滑枕坐标 + B6

以同样方法计算所有补偿区间的KB值。

4.补偿区间的判别：

在正常加工运行时，通过将当前滑枕坐标与补偿数据中[Pos0…Pos10]进行比较，自动判断当前所处的补偿区间。

5.计算压力给定值：

调用当前所处补偿区间的KB值，与当前的滑枕坐标一起代入该区间的函数式，从而计算出当前所需的补偿压力给定值。

依据该实施例在落地镗整个滑枕行程范围内对下垂量进行较为密集的误差采样和补偿，自动保存为数据文件，相邻补偿点之间采用直线近似等效，这样使得补偿曲线极为接近真实的误差曲线。

经大量产品的应用验证，确知，依据上述方案可使滑枕下垂精度达到全行程0.01mm以内，较先前的方法精度提高了65%以上；整个补偿过程在半小时内即可完成,较原方法平均节约50%以上的时间。

其优点主要体现在以下方面：

1. 在整个滑枕补偿行程范围内对下垂量进行密集的误差采样和补偿，补偿间距可小至50mm，由于分段足够细，因此无需考虑下垂曲线的拐点设置问题。

2.滑枕下垂误差的测量和补偿同步进行，每个补偿点以半自动方式测得补偿值，并即时自动保存入PLC数据块，测量及补偿同步完成。

3.补偿完成退出补偿状态时，自动计算各补偿段的斜率(K)及截距(B)值。

4.每次补偿过程结束退出补偿状态时，对保存有补偿数据的DB块进行一次复制备份，以备补偿数据遭意外破坏时进行数据恢复，确保补偿数据的安全。

5.补偿过程受数控系统访问权限的保护，无制造商访问权无法进入滑枕补偿状态，确保补偿动作的受控性。

进一步的选择为，附件号初始化：由于每个附件均需单独补偿，因此开始补偿前应先执行附件号初始化，以保证附件号的正确。 

进入手动补偿方式时，手动补偿控制位置1，若自定义键“新建补偿点”闪烁说明已进入手动补偿方式。 

然后确定一个补偿初始值：将滑枕全缩回，用上下打表的方法测主轴箱的水平姿态。调整时，选择MDA方式，按+/-键即可调整补偿压力，待主轴箱已调至上下表0值姿态，按下“新建补偿点”键。 

进而，在调好的平尺上打表，表针调至0刻度。

然后就可以依据该调整好的数控系统进行相关的补偿参数的确定了。

Claims (6)

1.一种数控落地镗床滑枕下垂补偿方法，其特征在于，包括取得当前数控落地镗床补偿参数的步骤和使用条件下补偿的步骤，其中取得当前数控落地镗床补偿参数的步骤包括：

确定一个补偿间距，以该补偿间距为区间长度，把滑枕伸出的区间依次划分为分段区间，并记录各分段区间的端点坐标，其中端点为补偿点；

确定每一补偿点的补偿值，以及在完全补偿该补偿值时所需要的压力给定值；以及

依据获得的补偿点的补偿值及对应的坐标，以各分段区间两端点所在直线为基准得出各分段区间的直线函数；

而使用条件下补偿的步骤包括：

读取滑枕当前坐标；

判断滑枕当前坐标所属的分段区间；

若滑枕坐标为该分段区间一端点坐标，则以该端点的压力给定值进行补偿；若滑枕坐标该分段区间内，则以该分段区间的直线函数为基础进行线性补偿；

所述压力给定值的获得方法是滑枕每伸长一个补偿间距，驱动补偿系统进行补偿，直至滑枕下垂量为零，然后读取补偿系统当前的压力给定值；

所述补偿间距取40mm~120mm。

2.根据权利要求1所述的数控落地镗床滑枕下垂补偿方法，其特征在于，对同一数控落地镗床采用不同的补偿间距通过所述取得当前数控落地镗床补偿参数的步骤获得多组补偿参数，进而验证每一组补偿参数的补偿精度，依次对应存储，并在不同精度的加工中调用所需补偿精度对应的一组补偿参数。

3.根据权利要求2所述的数控落地镗床滑枕下垂补偿方法，其特征在于，所述补偿间距取9个，对应有9组补偿参数。

4.根据权利要求1所述的数控落地镗床滑枕下垂补偿方法，其特征在于，所述补偿间距取100mm。

5.根据权利要求1所述的数控落地镗床滑枕下垂补偿方法，其特征在于，测定滑枕下垂量的仪器为百分表，该百分表固定在以床身为固定件的滑动副的滑动件上，滑动方向平行于滑枕坐标轴；对应地，百分表的测杆垂直地接合在滑枕底部；从而，当滑枕伸长时，因下垂而使测杆动作，百分表有正向读数，通过驱动补偿系统进行补偿，直至百分表读数为零即补偿完成。

6.根据权利要求1所述的数控落地镗床滑枕下垂补偿方法，其特征在于，每一补偿点的补偿参数确定后退出补偿状态，并立即保存对应的补偿参数。