CN105867302A - 一种数控机床温度补偿系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数控机床温度补偿系统，包括：温差推算模块、形变计算模块和运动输出模块；温差推算模块与机床数控系统连接，其通过机床数控系统获得目标运动轴运动状态，并根据目标运动轴运动状态和温差推算模型计算当前温差；形变计算模块与温差推算模块连接，其根据当前温差获得目标运动轴形变量；运动输出模块分别与机床数控系统和形变计算模块连接，其获得机床数控系统输出的运动量，并结合形变量对运动量进行补偿生成运动目标值并输出。本发明中，通过温差推算模型相当于可间接从运动状态获得机床形变量，而运动状态可直接从机床数控系统获得。故而，本发明将机床形变量的计算实现了自动化和智能化。

Description

一种数控机床温度补偿系统
技术领域
本发明涉及数控机床技术领域，尤其涉及一种数控机床温度补偿系统。
背景技术
机床在运转时，传动部件之间存在相对运动，机床丝杆、螺母座、轴承等摩擦热量，从而导致机床部件热膨胀，各运动轴的运动与目标发生偏移，从而造成机床加工误差。要解决以上问题就需要监测各传动部件的温度变化，然后根据各传动部件形变与温度变化的相对关系，计算出机床位移的误差值，然后补偿到数控系统中，达到对机床温升补偿的目的。
解决这个问题最传统的办法是在运动部件上安装温度传感器采集温差数据，然后传给数控系统处理。但是很多机床在组装时由于种种问题都没有预装温度传感器，导致温度数据采集不容易。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种数控机床温度补偿系统。
本发明提出的一种数控机床温度补偿系统，包括：温差推算模块、形变计算模块和运动输出模块；
温差推算模块中预设有温差推算模型，温差推算模型为：
其中，Ti为当前温差，Ti-1为运动轴最近变速时的温差，Vi为运动轴当前运动速度，Vi-1为运动轴最近变速前的运动速度，Δt为当前运动速度下运动时间；
当Vi＞Vi-1，G(Vi)＞1；当Vi＜Vi-1，0＜G(Vi)＜1；
f(Δt)＝k×Δt，k为计算常数；
温差推算模块与机床数控系统连接，其通过机床数控系统获得目标运动轴运动状态，并根据目标运动轴运动状态和温差推算模型计算当前温差；
形变计算模块与温差推算模块连接，其根据当前温差获得目标运动轴形变量；运动输出模块分别与机床数控系统和形变计算模块连接，其获得机床数控系统输出的运动量，并结合形变量对运动量进行补偿生成运动目标值并输出。
优选地，当Vi＞Vi-1，G(Vi)＝Vi/(Vi-Vi-1)；当Vi＜Vi-1，G(Vi)＝(Vi-1-Vi)/Vi-1。
优选地，温差推算模块中预设有温差上限值Tmax，0≤Ti≤Tmax。
优选地，k为正数。
优选地，形变计算模块中预设有形变计算模型：Δl＝m×Ti，其中，Δl为形变量，m为计算常数，其为正数。
优选地，形变计算模块中预设有形变上限值lmax，0＜Δl≤lmax。
优选地，形变计算模块中预设有形变温差映射集合，形变温差映射集合包括多个子集，每一个子集包括一个温差值和一个形变值；形变计算模块根据当前温差获得对应的形变值作为目标运动轴形变量。
本发明提出的一种数控机床温度补偿系统，可通过在同型号的机床上预装温度传感器，然后通过温度传感器获得各种运动状态下的温差，并根据运动状态和温差的对应关系推算温差推算模型。
本发明中，将温差推算模型预存到温差推算模块中后，温差推算模型通过机床数控系统获得目标运动轴运动状态后，将运动状态数据代入温差推算模型便可获得运动轴形变量。运动状态包括运动速度和运动时间。
本发明中，温差推算模型的设置解决了没有预装温度传感器的机床运动状态下温差获取的问题。本发明中，通过温差推算模型相当于可间接从运动状态获得机床形变量，而运动状态可直接从机床数控系统获得。故而，本发明将机床形变量的计算实现了自动化和智能化。
本发明中，机床结合形变量对运动量进行补偿生成运动目标值并输出，实现了根据温差形变对运动目标值的自动修改，有利于提高机床加工精度，并降低人工成本。
附图说明
图1为本发明提出的一种数控机床温度补偿系统结构示意图。
具体实施方式
实施例1
参照图1，本发明提出的一种数控机床温度补偿系统，包括：温差推算模块、形变计算模块和运动输出模块。
温差推算模块中预设有温差推算模型，温差推算模型为：
Ti＝Ti-1+(Vi-Vi-1)logG(Vi) f(Δt)+1，其中，Ti为当前温差，Ti-1为运动轴最近变速时的温差，Vi为运动轴当前运动速度，Vi-1为运动轴最近变速前的运动速度，Δt为当前运动速度下运动时间；
当Vi＞Vi-1，G(Vi)＞1，具体地，G(Vi)＝Vi/(Vi-Vi-1)；当Vi＜Vi-1，0＜G(Vi)＜1，具体地，G(Vi)＝(Vi-1-Vi)/Vi-1。
f(Δt)＝k×Δt，k为计算常数，且为正数，k值得确定与机床材质、温度单位时间单位的选择有关。
本实施方式中，温差推算模型的获得，可首先在同型号的机床上预装温度传感器，然后通过温度传感器获得各种运动状态下的温差，并根据运动状态和温差的对应关系推算温差推算模型。
温差推算模块与机床数控系统连接，其通过机床数控系统获得目标运动轴运动状态，并根据目标运动轴运动状态和温差推算模型计算当前温差。目标运动轴状态包括当前运动速度、当前运动速度持续时间和变速前运动速度。
本实施方式中，在计算起始温差T1(i＝1)时，T0＝0，在每一次变速时，i逐渐递增，根据公式计算当前温差。值得注意的时，温差推算模块对温差Ti进行实时计算，且，在机床变速时保存变速时刻各运动轴的温度Ti-1故而，每一次机床变速后，都可根据当前运动速度和当前运动速度持续时间直接计算当前温差Ti。
由于温差是机床运动摩擦生热导致的，故而其恒大于0。且，机床温度不可能无限上升，故而温差推算模块中预设有温差上限值Tmax，0≤Ti≤Tmax。
机床运动过程中，每一个恒定速度下，运动轴遭受的摩擦力都不相等，故而，各运动轴每一个运动速度Vi均对应有一个温差上限值Ti-max，运动速度Vi下当前温差0＜Ti≤Ti-max。
值得注意的是，运动轴变速时，如果Vi＜Vi - 1，则减速后，运动轴有一个较短暂的散热过程，该过程中当Ti＝Ti-max，运动轴温差趋于稳定。即，Vi＜Vi - 1时，
形变计算模块中预设有形变计算模型：Δl＝m×Ti，其中，Δl为形变量，m为计算常数，其为正数。形变计算模块与温差推算模块连接，其根据当前温差获得目标运动轴形变量。任何材料的延展性都是有限制的的，运动轴不可能随着温差无限延伸，故而，形变计算模块中预设有形变上限值lmax，0＜Δl≤lmax。此外，m的取值与各运动轴的形变特性有关，其在不同的温差范围，可能需要取不同的值，具体可参考运动轴制作材料的高温膨胀特性。
运动输出模块分别与机床数控系统和形变计算模块连接，其获得机床数控系统输出的运动量，并结合形变量对运动量进行补偿生成运动目标值并输出。
数控机床属于半自动化设备，机床加工行程都刻录在控制程序中。本实施方式中，机床结合形变量对运动量进行补偿生成运动目标值并输出，实现了根据温差形变对运动目标值的自动修改，有利于提高机床加工精度，并降低人工成本。
实施例2
本实施例与实施例1相比的区别在于，形变计算模块中没有预设形变计算模型。本实施例中，形变计算模块中预设有形变温差映射集合，形变温差映射集合包括多个子集，每一个子集包括一个温差值和一个形变值。形变计算模块根据当前温差获得对应的形变值作为目标运动轴形变量。
本实施例中，温差值和形变值的对应关系可通过实验测量获得。与实施例1相比，本实施例前期需要消耗大量的人力成本和时间成本收集排列形变温差映射集合，但是，相对于实施例1，本实施例获得形变值的精度更高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种数控机床温度补偿系统，其特征在于，包括：温差推算模块、形变计算模块和运动输出模块；
温差推算模块中预设有温差推算模型，温差推算模型为：
其中，Ti为当前温差，Ti-1为运动轴最近变速时的温差，Vi为运动轴当前运动速度，Vi-1为运动轴最近变速前的运动速度，Δt为当前运动速度下运动时间；
当Vi＞Vi-1，G(Vi)＞1；当Vi＜Vi-1，0＜G(Vi)＜1；
f(Δt)＝k×Δt，k为计算常数；
温差推算模块与机床数控系统连接，其通过机床数控系统获得目标运动轴运动状态，并根据目标运动轴运动状态和温差推算模型计算当前温差；
形变计算模块与温差推算模块连接，其根据当前温差获得目标运动轴形变量；运动输出模块分别与机床数控系统和形变计算模块连接，其获得机床数控系统输出的运动量，并结合形变量对运动量进行补偿生成运动目标值并输出。
2.如权利要求1所述的数控机床温度补偿系统，其特征在于，当Vi＞Vi-1，G(Vi)＝Vi/(Vi-Vi-1)；当Vi＜Vi-1，G(Vi)＝(Vi-1-Vi)/Vi-1。
3.如权利要求1所述的数控机床温度补偿系统，其特征在于，温差推算模块中预设有温差上限值Tmax，0≤Ti≤Tmax。
4.如权利要求1所述的数控机床温度补偿系统，其特征在于，k为正数。
5.如权利要求1至4任一项所述的数控机床温度补偿系统，其特征在于，形变计算模块中预设有形变计算模型：Δl＝m×Ti，其中，Δl为形变量，m为计算常数，其为正数。
6.如权利要求5所述的数控机床温度补偿系统，其特征在于，形变计算模块中预设有形变上限值lmax，0＜Δl≤lmax。
7.如权利要求1至4任一项所述的数控机床温度补偿系统，其特征在于，形变计算模块中预设有形变温差映射集合，形变温差映射集合包括多个子集，每一个子集包括一个温差值和一个形变值；形变计算模块根据当前温差获得对应的形变值作为目标运动轴形变量。
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