CN104932427A - 一种基于华中八型数控机床热误差补偿仪器及其补偿方法 - Google Patents

Abstract

一种基于华中八型数控机床热误差补偿仪器及其补偿方法，先在实验设置模块设定热误差补偿轴的类型，设置相应的工程信息、补偿轴信息；根据设置信息，通过数据采集模块控制硬件采集设定的温度通道的数据，利用激光干涉仪采集进给轴的热误差数据；对于主轴，则通过数据采集模块控制硬件采集相应温度通道的数据和相应的主轴热误差通道的数据；再对采集数据通过数据处理模块进行温度测点优化，利用数据传输模块，通过以太网建立计算机和华中八型数控系统的通信，将热误差模型传输到华中八型数控系统对应的位置；最后复位机床，华中八型数控机床热误差补偿功能生效，本发明易于操作，无需专业知识，就可实现华中八型数控机床的热误差补偿功能。

Description

一种基于华中八型数控机床热误差补偿仪器及其补偿方法

技术领域

本发明属于数控机床加工精度技术领域，特别涉及一种基于华中八型数控机床热误差补偿仪器及其补偿方法。

背景技术

随着科技的发展，机械制造技术不断向着高精度、高智能、高速度的方向发展，这对机械加工提出了更高的要求。在现代制造机械制造中，精密加工技术占着越来越重要的地位，这对数控机床和加工中心的精度也提出了更高的要求。影响机床加工精度的主要因素可以归纳为：(1)机床的几何误差；(2)机床的热误差；(3)加工过程中切削力所引起的误差；(4)刀具磨损引起的误差；(5)其他误差源。大量实验表明，在机床众多的误差源中，机床的几何误差和热误差对机床的加工精度影响最大，而其中的热误差占机床加工总误差的40％～70％，因此有效的控制机床的热变形所带来的误差是提高机床加工精度的关键技术。

目前对于数控机床的热误差补偿，虽然做了大量理论研究，但工业现场实施起来却很困难。其主要原因在于热误差的测试环节、热误差的建模环节以及数控机床热误差参数修改环节是彼此分离的。很多情况下是由数控机床厂家派遣具有一定理论基础的工程人员到数控机床使用单位，进行实地测量并将测量数据交给研究人员进行热误差模型的建立，最后再将模型数据反馈给工程操作人员进行参数设定。整个过程不仅周期长而且成本高，因此发明一种针对数控机床热误差补偿功能快速实现的方法十分必要的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于华中八型数控机床热误差补偿仪器及其补偿方法，易于操作，无需专业知识，就可实现华中八型数控机床的热误差补偿功能。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于华中八型数控机床热误差补偿功能仪器，包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括PT100温度传感器，PT100温度传感器通过NI9217采集卡和cDAQ-9174的第一输入端连接，电涡流传感器通过NI9239采集卡和cDAQ-9174的第二输入端连接，cDAQ-9174的输出端通过USB连线和计算机相连，将PT100温度传感器、电涡流传感器的探头固定在机床各温度测点和主轴附近，用于测量机床各温度测点的温度及主轴的热误差，激光干涉仪单独使用，用于测量进给轴的热误差，以太网用于建立计算机和华中八型数控系统的数据通信；软件部分安装于计算机上，软件部分包括实验设置模块、数据采集模块、数据处理模块和数据传输模块，实验设置模块提供工程信息、温度通道和热误差通道以及补偿轴参数的设置功能；数据采集模块通过控制硬件部分提供温度和主轴热误差数据的采集、显示与存储功能；数据处理模块提供温度测点优化和热误差建模的功能；数据传输模块提供热误差模型到华中八型数控系统的传送功能。

一种基于华中八型数控机床热误差补偿方法，包括如下步骤：

1)首先在软件部分的实验设置模块设定热误差补偿轴的类型是进给轴或者主轴，然后设置相应的工程信息、补偿轴信息，其中工程信息包括机床名称、实验名称；补偿轴信息：针对主轴，补偿轴信息包括轴名称、轴号、测量仪器、主轴转速、测量次数、温度和热误差通道号；针对进给轴，补偿轴信息除了包括轴名称、轴号、转速、测量仪器、温度通道号外，还要包括热误差测量起始位置、终止位置、往复还是单程的测量方式、行程次数、暂停时间；

2)根据步骤1)的设置信息，如果补偿轴类型设置为进给轴，首先将对应步骤1)设定的温度通道号的PT100温度传感器固定于机床各温度测点，然后通过软件部分的数据采集模块控制硬件部分采集步骤1)设定的温度通道的数据，然后利用激光干涉仪采集进给轴的热误差数据；如果补偿轴类型设置为主轴，则通过软件部分的数据采集模块控制硬件部分采集相应温度通道的数据和相应的主轴热误差通道的数据；

3)对步骤2)采集的温度通道的数据通过软件部分的数据处理模块进行温度测点优化，首先利用模糊聚类分析对温度通道对应的温度测点进行分类，从同一类别中挑选一个表征温度测点，然后利用灰色关联分析对挑选出的表征温度测点进行性能评价和相对优劣的排序，最后选择与热误差最相关的温度测点作为关键温度测点，利用多元线性回归分析建立步骤2)采集的机床热误差数据与关键温度测点数据之间热误差模型；

4)首先利用软件部分的数据传输模块，通过以太网建立计算机和华中八型数控系统的通信，然后将步骤3)建立的热误差模型传输到华中八型数控系统对应的位置；

5)复位机床，华中八型数控机床热误差补偿功能生效。

本发明的优点是：由于把华中八型数控机床热误差补偿功能的实现划分为实验设置、热误差和温度数据采集、热误差建模、模型参数传输四个步骤，并且每个步骤在软件部分都易于操作，使用者即使没有深厚的专业知识只需依次完成本发明软件部分规定的各步骤的任务，就可实现华中八型数控机床的热误差补偿功能。由于通过以太网连接的方式实现和华中八型数控系统的通信，所以利用软件部分可直接修改华中八型数控系统内部热误差补偿功能的参数。

附图说明

图1为本发明仪器的连接图。

图2为本发明基于华中八型数控机床热误差补偿功能实现的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

参照图1，一种基于华中八型数控机床热误差补偿仪器，包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括PT100温度传感器，PT100温度传感器通过NI9217采集卡和cDAQ-9174的第一输入端连接，电涡流传感器通过NI9239采集卡和cDAQ-9174的第二输入端连接，cDAQ-9217的输出端通过USB连线和计算机相连，将PT100温度传感器、电涡流传感器的探头固定在机床各温度测点和主轴附近，用于测量机床各温度测点的温度及主轴的热误差，激光干涉仪单独使用，用于测量进给轴的热误差，以太网用于建立计算机和华中八型数控系统的数据通信；软件部分安装于计算机上，软件部分包括实验设置模块、数据采集模块、数据处理模块和数据传输模块，实验设置模块提供工程信息、温度通道和热误差通道以及补偿轴参数的设置功能；数据采集模块通过控制硬件部分提供温度和主轴热误差数据的采集、显示与存储功能；数据处理模块提供温度测点优化和热误差建模的功能；数据传输模块提供热误差模型到华中八型数控系统的传送功能。

参照图2，以实现华中八型数控机床主轴热误差补偿功能为例，一种基于华中八型数控机床热误差补偿方法，包括如下步骤：

1)首先在软件部分的实验设置模块设定热误差补偿轴的类型是主轴，设置工程信息中机床名、实验名称，软件部分的数据采集模块采集的温度数据和主轴热误差数据以及实验数据、激光干涉仪采集的进给轴的热误差数据将存贮在一级目录为机床名称，二级目录为实验名称的文件夹中，便于用户管理数据；设置轴名、轴号、热误差测量仪器、测量次数，温度通道号、热误差通号，其中温度通道号和热误差通道号与接有PT100温度传感器和电涡流传感器的采集卡的通道号要彼此对应，以便正确采集；

2)将对应步骤1)设定的温度通道号的PT100温度传感器固定于机床各温度测点，对应步骤1)设定的热误差通道号的电涡流传感器固定于主轴附近，然后通过软件部分的数据采集模块控制硬件部分采集步骤1)设定的温度通道和热误差通道的数据；

3)对步骤2)采集的温度通道的数据通过软件部分的数据处理模块进行温度测点优化，首先利用模糊聚类分析对温度测点进行分类，从同一类别中挑选一个表征温度测点，然后利用灰色关联分析对挑选出的表征温度测点进行性能评价和相对优劣的排序，最后选择与主轴热变形最相关的温度测点作为关键温度测点，利用多元线性回归分析的方法建立步骤2)采集的主轴热误差和关键温度测点的热误差模型，主轴在X方向的热误差为E与关键温度测点变量T＝{T₁,T₂,…,T_m}热误差模型为：

E＝b₀+b₁T₁+b₂T₂+…+b_mT_m+ε

式中：b₀,b₁,…,b_m为待定回归参数，b₀为回归常数，b₁,b₂,…,b_m为回归系数，ε为随机误差；

4)首先利用软件部分的数据传输模块，通过以太网建立计算机和华中八型数控系统的通信，然后将步骤3)建立的热误差模型传输到华中八型数控系统对应的位置；

5)复位机床，华中八型数控机床热误差补偿功能生效。

Claims (2)

1.一种基于华中八型数控机床热误差补偿仪器，包括硬件部分和软件部分，其特征在于：硬件部分包括PT100温度传感器，PT100温度传感器通过NI9217采集卡和cDAQ-9174的第一输入端连接，电涡流传感器通过NI9239采集卡和cDAQ-9174的第二输入端连接，cDAQ-9217的输出端通过USB连线和计算机相连，将PT100温度传感器、电涡流传感器的探头固定在机床各温度测点和主轴附近，用于测量机床各温度测点的温度及主轴的热误差，激光干涉仪单独使用，用于测量进给轴的热误差，以太网用于建立计算机和华中八型数控系统的数据通信；软件部分安装于计算机上，软件部分包括实验设置模块、数据采集模块、数据处理模块和数据传输模块，实验设置模块提供工程信息、温度通道和热误差通道以及补偿轴参数的设置功能；数据采集模块通过控制硬件部分提供温度和主轴热误差数据的采集、显示与存储功能；数据处理模块提供温度测点优化和热误差建模的功能；数据传输模块提供热误差模型到华中八型数控系统的传送功能。

2.采用权利要求1所述仪器进行热误差补偿的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)首先在软件部分的实验设置模块设定热误差补偿轴的类型是进给轴或者主轴，然后设置相应的工程信息、补偿轴信息，其中工程信息包括机床名称、实验名称；补偿轴信息：针对主轴，补偿轴信息包括轴名称、轴号、测量仪器、主轴转速、测量次数、温度和热误差通道号；针对进给轴，补偿轴信息除了包括轴名称、轴号、转速、测量仪器、温度通道号外，还要包括热误差测量起始位置、终止位置、往复还是单程的测量方式、行程次数、暂停时间；

2)根据步骤1)的设置信息，如果补偿轴类型设置为进给轴，首先将对应步骤1)设定的温度通道号的PT100温度传感器固定于机床各温度测点，然后通过软件部分的数据采集模块控制硬件部分采集步骤1)设定的温度通道的数据，然后利用激光干涉仪采集进给轴的热误差数据；如果补偿轴类型设置为主轴，则通过软件部分的数据采集模块控制硬件部分采集相应温度通道的数据和相应的主轴热误差通道的数据；

3)对步骤2)采集的温度通道的数据通过软件部分的数据处理模块进行温度测点优化，首先利用模糊聚类分析对温度通道对应的温度测点进行分类，从同一类别中挑选一个表征温度测点，然后利用灰色关联分析对挑选出的表征温度测点进行性能评价和相对优劣的排序，最后选择与热误差最相关的温度测点作为关键温度测点，利用多元线性回归分析建立步骤2)采集的机床热误差数据与关键温度测点数据之间热误差模型；

4)首先利用软件部分的数据传输模块，通过以太网建立计算机和华中八型数控系统的通信，然后将步骤3)建立的热误差模型传输到华中八型数控系统对应的位置；

5)复位机床，华中八型数控机床热误差补偿功能生效。