CN104400563A - 一种机床加工过程变形的在线补偿方法 - Google Patents

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Inventor
贺大兴
李云飞
刘炳业
王成举
王春光
樊立新
聂应新
常文芬
高红
朱生根
曹成国
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Beijing Precision Machinery & Engineering Research Co Ltd
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Beijing Precision Machinery & Engineering Research Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23Q11/0003—Arrangements for preventing undesired thermal effects on tools or parts of the machine
    • B23Q11/0007—Arrangements for preventing undesired thermal effects on tools or parts of the machine by compensating occurring thermal dilations

Abstract

本发明提供一种机床加工过程变形的在线补偿方法,利用一种专门设计的低膨胀系数的测量框架,布置在机床床身等大型结构件的内侧，测量框架上安装用于测量机床特征点位置变化的测量球，通过测量特征点的相对位置的变化量，可以按照机床的结构模型得知整个机床的变形情况以及主轴刀具中心点的变化。然后根据主轴刀具中心点的位置,计算机床坐标空间内坐标点的位置变化，通过补偿这些坐标点并通过线性或非线性的方式处理内部更加细分的坐标点，进而对整个机床坐标空间的变形进行补偿。本发明可以使机床在加工过程中能够进行实时测量补偿。

Description

一种机床加工过程变形的在线补偿方法
【技术领域】
本发明涉及一种精密机床设备技术领域，具体涉及一种机床加工过程变形的在线补偿方法。 
【背景技术】
在机床加工过程中，由于主机受力变形和热变形会使机床的坐标系精度发生变化，受力越大和发热越大的机床，其加工精度越不稳定。机床的原始精度可以通过一定的方法进行补偿修正，但是加工在线过程中产生的机床的变形误差，当前却没有办法进行实时补偿和修正。
因此，有必要创造一种机床加工过程变形的在线补偿方法，以克服上述问题。
【发明内容】
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种可以为机床加工过程中主机变形进行实时补偿的在线补偿方法。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种机床加工过程变形的在线补偿方法，包括以下步骤：
步骤1：提供一机床，所述机床包括床身、立柱、以及主轴刀具，所述立柱连接在所述床身上，所述主轴刀具安装在所述立柱上；
步骤2：提供一测量框架，放置在所述床身上；
步骤3：提供若干测量球，将所述测量球固定在对应所述床身和所述立柱被测位置点的所述测量框架侧面上；
步骤4：提供若干三维位移传感器，对应所述测量球并固定在所述床身和所述立柱上；
步骤5：提供一数控补偿系统，将所述三维位移传感器的信号线输入至所述数控补偿系统对应的数据采集单元中，所述机床在加工过程中，如果发生变形，所述三维位移传感器和所述测量球之间的空间相对位置会发生变化，所述数控补偿系统的处理器将所述三维位移传感器信号的变化，计算并转化为所述机床的变形和所述主轴刀具中心点的相对坐标的变化，并得出变化量，然后将变化量输入数控系统补偿单元，实时补偿所述机床加工变形的误差。
进一步地，所述测量框架由极低热膨胀系数材料组成，是一个刚性结构框架。
进一步地，所述主轴刀具位于所述测量框架内。
本发明的有益效果是：通过一种刚性的所述测量框架结构系统，利用固定在所述测量框架侧面的所述测量球与所述三维位移传感器之间的相对位置变化进行实时测量，进而得出整个主机的变形误差，然后进行实时修正补偿，以提高机床的加工精度。
为便于贵审查委员能对本发明的目的、形状、特征及其功效皆能有进一步的认识与了解，并结合实例与附图作详细说明。
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式的附图标号说明：
机床1 床身11 立柱12
主轴刀具13 移动部件14 测量框架2
测量球3 三维位移传感器4 数控补偿系统5
【具体实施方式】
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明一种机床加工过程变形的在线补偿方法。
请参阅图，为本发明一种机床加工过程变形的在线补偿方法的具体实施例，其包括以下步骤：
步骤1：提供一机床1，所述机床1包括床身11、立柱12、主轴刀具13、以及移动部件14，所述立柱12连接在所述床身11上，所述主轴刀具13安装在所述主柱上，所述移动部件14连接在所述床身11顶面并位于所述主轴刀具13下方，所述主轴刀具13中心点是机床1主轴上的一个特征点，用于表示刀具的位置变化；
步骤2：提供一测量框架2，放置在所述床身11上，所述主轴刀具13位于所述测量框架2内。所述测量框架2是一个由极低热膨胀系数材料组成的框架，它是一个刚性结构框架，尺寸大小与所述床身11和不移动的所述立柱12形成的空间对应，它放置在所述床身11上，在放置时不与所述床身11的所述移动部件14干涉；
步骤3：提供若干测量球3，将所述测量球3固定在对应所述床身11和所述立柱12被测位置点的所述测量框架2侧面上，所述测量球3是固定在所述测量框架2上的外形球面精度很高的标准球，可以有不同的分布形式，用于检测所述床身11和所述立柱12被测位置点相对位移的变化；
步骤4：提供若干三维位移传感器4，对应所述测量球3并固定在所述床身11和所述立柱12上，当所述机床1在加工过程中发生变形时，用于检测所述测量框架2上对应的所述测量球3在空间三个坐标方向的相对位移变化；
步骤5：提供一数控补偿系统5，将所述三维位移传感器4的信号线输入至所述数控补偿系统5对应的数据采集单元中，所述机床1在加工过程中，如果发生变形，所述三维位移传感器4和所述测量球3之间的空间相对位置会发生变化，所述数控补偿系统5的处理器将所述三维位移传感器4信号的变化，计算并转化为所述机床1的变形和所述主轴刀具13中心点的相对坐标的变化，并得出变化量，然后将变化量输入数控系统补偿单元，实时补偿所述机床1加工变形的误差。
本发明的有益效果是：通过一种刚性的所述测量框架结构系统，利用固定在所述测量框架侧面的所述测量球与所述三维位移传感器之间的相对位置变化进行实时测量，进而得出整个主机的变形误差，然后进行实时修正补偿，以提高机床的加工精度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定 。

Claims (3)

1.一种机床加工过程变形的在线补偿方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：提供一机床，所述机床包括床身、立柱、以及主轴刀具，所述立柱连接在所述床身上，所述主轴刀具安装在所述立柱上；
步骤2：提供一测量框架，放置在床身上，框架内部区域为机床加工区域；
步骤3：提供若干测量球，将所述测量球固定在对应所述床身和所述立柱被测位置点的所述测量框架侧面上；
步骤4：提供若干三维位移传感器，对应所述测量球并固定在所述床身和所述立柱上；
步骤5：提供一数控补偿系统，将所述三维位移传感器的信号线输入至所述数控补偿系统对应的数据采集单元中，所述机床在加工过程中，如果发生变形，所述三维位移传感器和所述测量球之间的空间相对位置会发生变化，所述数控补偿系统的处理器将所述三维位移传感器信号的变化，计算并转化为所述机床的变形和所述主轴刀具中心点的相对坐标的变化，并得出变化量，然后将变化量输入数控系统补偿单元，实时补偿所述机床加工变形的误差。
2.如权利要求1所述的一种机床加工过程变形的在线补偿方法，其特征在于：所述测量框架由极低热膨胀系数材料组成，是一个刚性结构框架。
3.如权利要求1所述的一种机床加工过程变形的在线补偿方法，其特征在于：所述主轴刀具位于所述测量框架内。
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