CN107219819A - 一种基于平均温差分析的机床运动补偿方法 - Google Patents

一种基于平均温差分析的机床运动补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于平均温差分析的机床运动补偿方法，包括以下步骤：建立温差形变模型；分别在t1时刻和t2时刻采集n个运动中的机床的运动轴的温度，并计算出n个机床运动轴在t1时刻和t2时刻的温差；计算出平均温差T0，并分别将T1、T2、T3……Tn与T0进行比较计算当前形变量L；根据当前形变量对目标运动轴进行误差补偿。本发明通过利用多个机床的平均温升情况作为判断目标机床运动轴温度变化趋势的依据有效地提高了对机床形变量选择的精度，从而方便系统根据机床实际形变量对机床运动轴进行误差补偿，提高了误差补偿的针对性和有效性，从而提高机床的加工精度和加工质量。

Description

一种基于平均温差分析的机床运动补偿方法
技术领域
本发明涉及机床温度检测技术领域，尤其涉及一种基于平均温差分析的机床运动补偿方法。
背景技术
金属材料具有“热胀冷缩”的性质，该特性在物理学上通常用热膨胀系数描述。目前，数控机床的床身、立柱、拖板等导轨基础件和滚珠丝杠等传动部件均是由金属材料制成，由于驱动电机启动的发热、运动部件摩擦发热以及环境温度的变化，均会对机床运动轴位置产生附加误差，上述情况将直接影响机床的定位精度，从而影响工件的加工精度。
因此，需要在机床运行过程中，对机床运动轴的温度进行精确的检测，并基于机床运动轴的温度变化来对机床运动轴进行误差补偿，保证机床对工件的加工精度。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于平均温差分析的机床运动补偿方法。
本发明提出的基于平均温差分析的机床运动补偿方法，包括以下步骤：
S1、建立温差形变模型；
S2、分别在t1时刻和t2时刻采集n个运动中的机床的运动轴的温度，并计算出n个机床运动轴在t1时刻和t2时刻的温差，记为T1、T2、T3……Tn；其中，t2>t1；
S3、根据n个机床运动轴的温度在t1时刻和t2时刻的温度计算出平均温差T0，并分别计算出T1、T2、T3……Tn与T0的差值T，再基于温差形变模型计算当前形变量L；
S4、判断当前形变量L是否超出误差允许范围，并根据判断结果对目标运动轴进行误差补偿。
优选地，步骤S1中温差形变模型具体包括：
其中，1<a<b。
优选地，步骤S2中，采集n个运动中的机床的运动轴的温度具体包括：
利用n个温度采集模块分别对n个运动中的机床的运动轴的温度进行采集，n个温度采集模块与n个运动中的机床一一对应，且每一个温度采集模块包括多个温度传感器。
优选地，步骤S3中，根据n个机床运动轴的温度在t1时刻和t2时刻的温度计算出平均温差T0具体包括：
其中，Tmax＝MAX(T1,T2,T3······Tn)，Tmin＝MIN(T1,T2,T3······Tn)。
优选地，步骤S4具体包括：
将当前形变量L与预设形变量L0进行比较来判断L否超出误差允许范围，当L≤xL0时，判定L在误差允许范围内且无需进行误差补偿，当L>xL0时，判定L超出误差允许范围并进行误差补偿，误差补偿值为当前形变量L；
其中，x为预设值且x>1。
本发明首先分别在两个预设时间点采集n个运动中的机床的运动轴的温度，并记录n个机床运动轴的温度差，记录n个温度差可以分析出在两个预设时间点之内的时间段中n个机床的运动轴的温度变化的平均值，进而将上述平均值作为分析每一个机床的运动轴的温度变化情况的依据，有效地防止了外界环境因素对温度采集和变化的干扰，提高了对每一个机床运动轴的温度变化进行分析的有效性和精度；然后分析每一个机床在两个预设时间点的温差与平均温差之间的关系，并根据目标机床的温差与平均温差之间的差值范围确定目标机床在预设时间段内温度变化情况并为目标机床选择形变量，如此，通过利用多个机床的平均温升情况作为判断目标机床运动轴温度变化趋势的依据有效地提高了对机床形变量选择的精度，从而方便系统根据机床实际形变量对机床运动轴进行误差补偿，提高了误差补偿的针对性和有效性，从而提高机床的加工精度和加工质量。
附图说明
图1为一种基于平均温差分析的机床运动补偿方法的步骤示意图。
具体实施方式
如图1所示，图1为本发明提出的一种基于平均温差分析的机床运动补偿方法。
参照图1，本发明提出的基于平均温差分析的机床运动补偿方法，包括以下步骤：
S1、建立温差形变模型；
S2、分别在t1时刻和t2时刻采集n个运动中的机床的运动轴的温度，并计算出n个机床运动轴在t1时刻和t2时刻的温差，记为T1、T2、T3……Tn；其中，t2>t1；
本实施方式中，利用n个温度采集模块分别对n个运动中的机床的运动轴的温度进行采集，n个温度采集模块与n个运动中的机床一一对应，一个温度采集模块对应一个运动中的机床，可以提高每一个温度采集模块对每一个机床的运动轴的温度采集的精度和准确性，为分析每一个机床运动轴的温度变化情况提供准确的参考依据；且每一个温度采集模块包括多个温度传感器，设置多个温度传感器可从不同位置不同角度对每一个机床运动轴温度进行采集，进一步提高了温度采集结果的精确性。
S3、根据n个机床运动轴的温度在t1时刻和t2时刻的温度计算出平均温差T0，并分别计算出T1、T2、T3……Tn与T0的差值T，再基于温差形变模型计算当前形变量L；
步骤S3中，根据n个机床运动轴的温度在t1时刻和t2时刻的温度计算出平均温差T0具体包括：
其中，Tmax＝MAX(T1,T2,T3······Tn)，Tmin＝MIN(T1,T2,T3······Tn)；
在上述计算过程中，除去n个温差中的最大值和最小值有效地提高了平均温差T0计算的精度，方便根据每一个机床运动轴的温差与平均温差间的关系确定合适的形变量，提高形变量确定的针对性。
S4、判断当前形变量L是否超出误差允许范围，并根据判断结果对目标运动轴进行误差补偿。
步骤S4具体包括：
将当前形变量L与预设形变量L0进行比较来判断L否超出误差允许范围，当L≤xL0时，表明机床当前形变量较小，该形变量对机床的加工精度影响较低，此时判定L在误差允许范围内且无需进行误差补偿，当L>xL0时，表明机床当前形变量较大，为避免上述形变量对机床的加工精度造成影响，判定L超出误差允许范围并进行误差补偿，误差补偿值为当前形变量L，使机床的加工精度保持在稳定范围内，保证机床加工出的产品的质量和精度；其中，x为预设值且x>1。
本实施方式中，步骤S1中温差形变模型具体包括：
其中，1<a<b。
将每一个机床t1时刻和t2时刻的温差与平均进行比较，并根据比较结果为机床选择对应的形变量，提高了形变量确定的针对性和有效性。当目标机床运动轴在两个时刻的温差较小时，则表明目标机床运动轴运动一段时间后，温度上升的频率较小，则为其分配较小的形变量；当目标机床运动轴在两个时刻的温差较大时，则表明在运行一段时间后目标机床的运动轴的温度上升率较大，即目标机床运动轴当前的温度较高，根据热膨胀原理为其分配加大的形变量，方便对每一个机床的实际形变量作进一步分析。上述温差形变模块可根据多次试验和机床的实际运行状态进行设定，有利于提高形变量分配的有效性和针对性。
本实施方式首先分别在两个预设时间点采集n个运动中的机床的运动轴的温度，并记录n个机床运动轴的温度差，记录n个温度差可以分析出在两个预设时间点之内的时间段中n个机床的运动轴的温度变化的平均值，进而将上述平均值作为分析每一个机床的运动轴的温度变化情况的依据，有效地防止了外界环境因素对温度采集和变化的干扰，提高了对每一个机床运动轴的温度变化进行分析的有效性和精度；然后分析每一个机床在两个预设时间点的温差与平均温差之间的关系，并根据目标机床的温差与平均温差之间的差值范围确定目标机床在预设时间段内温度变化情况并为目标机床选择形变量，如此，通过利用多个机床的平均温升情况作为判断目标机床运动轴温度变化趋势的依据有效地提高了对机床形变量选择的精度，从而方便系统根据机床实际形变量对机床运动轴进行误差补偿，提高了误差补偿的针对性和有效性，从而提高机床的加工精度和加工质量。
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 (5)

1.一种基于平均温差分析的机床运动补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立温差形变模型；
S2、分别在t1时刻和t2时刻采集n个运动中的机床的运动轴的温度，并计算出n个机床运动轴在t1时刻和t2时刻的温差，记为T1、T2、T3……Tn；其中，t2>t1；
S3、根据n个机床运动轴的温度在t1时刻和t2时刻的温度计算出平均温差T0，并分别将T1、T2、T3……Tn与T0进行比较，且基于温差形变模型计算当前形变量L；
S4、判断当前形变量L是否超出误差允许范围，并根据判断结果对目标运动轴进行误差补偿。
2.根据权利要求1所述的基于平均温差分析的机床运动补偿方法，其特征在于，步骤S1中温差形变模型具体包括：
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>T</mi> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>aT</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>,</mo> <mi>L</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>aT</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>&lt;</mo> <mi>T</mi> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>bT</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>,</mo> <mi>L</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>T</mi> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <msub> <mi>bT</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>,</mo> <mi>L</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>L</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>;</mo> </mrow>
其中，1<a<b。
3.根据权利要求1所述的基于平均温差分析的机床运动补偿方法，其特征在于，步骤S2中，采集n个运动中的机床的运动轴的温度具体包括：
利用n个温度采集模块分别对n个运动中的机床的运动轴的温度进行采集，n个温度采集模块与n个运动中的机床一一对应，且每一个温度采集模块均包括多个温度传感器。
4.根据权利要求1所述的基于平均温差分析的机床运动补偿方法，其特征在于，步骤S3中，根据n个机床运动轴的温度在t1时刻和t2时刻的温度计算出平均温差T0具体包括：
<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>T</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>T</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>T</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>+</mo> <mo>...</mo> <mo>...</mo> <mo>+</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>-</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>min</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
其中，Tmax＝MAX(T1,T2,T3······Tn)，Tmin＝MIN(T1,T2,T3······Tn)。
5.根据权利要求1所述的基于平均温差分析的机床运动补偿方法，其特征在于，步骤S4具体包括：
将当前形变量L与预设形变量L0进行比较来判断L否超出误差允许范围，当L≤xL0时，判定L在误差允许范围内且无需进行误差补偿，当L>xL0时，判定L超出误差允许范围并进行误差补偿，误差补偿值为当前形变量L；
其中，x为预设值且x>1。
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