CN108803485B - 基于i5 iport协议的数控机床外置式热误差补偿方法 - Google Patents

基于i5 iport协议的数控机床外置式热误差补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于i5 iport协议的数控机床外置式热误差补偿方法，属于数控机床热误差补偿领域。本发明包含硬件平台和热误差补偿软件两部分。硬件平台包括基于TSic的单总线温度传感器、高精度温度采集器、多通道数据中继器和热误差补偿器；热误差补偿软件基于Matlab脚本语言开发，在热误差补偿器中运行，实现基于热变形机理的自动建模、基于模型的热误差在线实时预测和与i5数控系统通讯等功能。本发明的优点在于热误差补偿系统基于i5 iport协议与i5数控系统进行数据读写，实现了在配置i5系统机床上的热误差补偿，填补该领域的空白，提高了配置i5数控系统机床的加工精度及精度稳定性。

Description

基于i5 iport协议的数控机床外置式热误差补偿方法
技术领域
本发明属于数控机床热误差补偿技术领域，具体为基于i5 iport协议的数控机床外置式热误差补偿方法。
背景技术
目前针对机床热误差补偿的研究已经成为相关学者研究的重点方向。在专利“一种数控机床热误差补偿装置及方法”，申请号：CN201510800430.6中应用计算机基于建立好的热误差模型计算出误差预测值，基于压电陶瓷的误差补偿装置根据误差预测值进行补偿运动以实现热误差的补偿。在专利“基于虚拟仪器的数控机床误差实时补偿系统”，申请号：CN201110085904.5中在工控机中运行基于虚拟仪器编写的误差补偿软件，该软件根据误差模型计算出误差预测值，并通过机床PLC接口将补偿值写入到数控系统中以实现热误差的补偿。在专利“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”，申请号：CN201510256976.X中实现了热误差测试和建模，以及在华中八型数控系统上进行热误差补偿。在专利“数控机床进给系统全工作行程热误差补偿方法及其实施系统”，申请号：CN201210134783.3中提出了进给系统热误差测量、分析和补偿的技术方案。在专利“机床的热位移补偿装置”，申请号：CN201510149236.6中基于可检测移动部件位置的检测单元的测试值计算热误差预测值，发那科数控系统再根据该预测值进行补偿。
通过对研究现状的分析，可以发现目前没有基于i5数控系统的外置式热误差补偿系统。
发明内容
针对目前没有基于i5数控系统的机床热误差补偿系统的现状，本发明提出了基于i5 iport协议的数控机床外置式热误差补偿系统。补偿系统由硬件平台和热误差补偿软件构成。硬件平台包括基于TSic的单总线温度传感器、高精度温度采集器、多通道数据中继器和热误差补偿器；热误差补偿软件基于Matlab脚本语言开发，在热误差补偿器中运行，实现基于热变形机理的自动建模、基于模型的热误差在线实时预测和与i5数控系统基于i5iport协议进行通讯等功能。
本发明的技术方案：
基于i5 iport协议的数控机床外置式热误差补偿方法，该补偿方法所用的硬件平台基于TSic的单总线温度传感器通过三芯屏蔽电缆与温度采集器连接，将温度以11位数字方式基于ZACwire通信协议发送给温度采集器；温度采集器通过四芯屏蔽电缆与多通道数据中继器连接，将接收到的温度基于RS485通讯协议发送给多通道数据中继器；一个多通道数据中继器最多连接八个温度采集器；多通道数据中继器通过四芯屏蔽电缆与热误差补偿器连接，将接收到的各路温度数据汇总，并基于RS485协议将其统一发送给热误差补偿器；热误差补偿器通过双绞线直通电缆与i5数控系统连接，基于i5 iport协议与i5数控系统进行通讯。
热误差补偿软件基于进给轴和主轴的机械结构及热变形机理建立热误差预测模型，并基于该模型对热误差进行在线实时预测。其中进给轴热误差预测模型如下所示：
Figure GDA0002446187580000021
式中：Ef(m,j)为j时刻进给轴在第m段丝杠位置的热误差，k为丝杠的膨胀系数，L为每段丝杠的长度，Ti(j)为j时刻第i段丝杠的温度，T0为丝杠的初始温度，Ti(j-1)为j-1时刻第i段丝杠的温度，Ti-1(j-1)为j-1时刻第i-1段丝杠的温度，Ti+1(j-1)为j-1时刻第i+1段丝杠的温度，Tf(j-1)为j-1时刻丝杠附近的床身温度，α和β为系数，△t为采样周期。
主轴热误差预测模型如下所示：
Figure GDA0002446187580000031
式中：Esp(j)为j时刻主轴轴向热误差，Tsp(j)为j时刻主轴关键位置温度，Tsp(j-1)为j-1时刻主轴关键位置温度，Tsp(j-2)为j-2时刻主轴关键位置温度，δ、γ和θ为系数。
热误差补偿软件与i5数控系统通讯基于i5 iport协议，通讯的具体步骤如下：
(1)在i5数控系统中设置iport服务器的ip地址和端口号；将热误差补偿软件需要读取的机械坐标等信息添加到订阅列表中；开启热误差补偿接口；
(2)i5数控系统基于步骤(1)中的设置与iport服务器建立连接；
(3)热误差补偿软件基于i5数控系统的IP地址、端口号和机床ID，通过iport服务器与其建立连接；连接成功后热误差补偿软件通过iport服务器向i5数控系统订阅需要读取的数据，并通过iport服务器向i5数控系统写入热误差补偿值，数控系统根据该热补偿值控制进给轴进行补偿动作。
本发明的有益效果：通过对进给轴和主轴热误差的补偿，在不需要对机床机械系统进行改造和调整的前提下，提高机床的加工精度和一致性。
本发明与现有技术相比，其优点在于：基于i5 iport协议读取i5数控系统参数及向i5数控系统写入热误差补偿值，实现了在配置i5数控系统的机床上进行热误差补偿。
附图说明
图1为补偿系统硬件连接图。
图2为与i5数控系统通讯流程图。
图3为i5 iport协议通讯示意图。
图中：1基于TSic的单总线温度传感器A；2基于TSic的单总线温度传感器B；3基于TSic的单总线温度传感器C；4基于TSic的单总线温度传感器D；5基于TSic的单总线温度传感器E；6基于TSic的单总线温度传感器F；7基于TSic的单总线温度传感器G；8基于TSic的单总线温度传感器H；9第一温度采集器；10第二温度采集器；11第三温度采集器；12第四温度采集器；13第五温度采集器；14第六温度采集器；15第七温度采集器；16第八温度采集器；17多通道数据中继器；18热误差补偿器；19i5数控系统。
具体实施方式
为了使本发明更加清晰明了，下面结合附图对本发明的实施方式进行说明。进行热误差补偿的对象为TC500R三轴立式钻攻中心。机床配置i5数控系统三轴铣床版；X轴、Y轴和Z轴的最大行程分别为500mm、400mm和300mm，它们的最大进给速度分别为32m/min、32m/min和30m/min；主轴最高转速为18000r/min.
本发明中的硬件平台包含基于TSic的单总线温度传感器1～8、高精度温度采集器9～16、多通道数据中继器17和热误差补偿器18。各硬件的连接及通讯方式为：
(1)基于TSic的单总线温度传感器1～8通过三芯屏蔽电缆分别与高精度温度采集器9～16连接，将温度以11位数字方式基于ZACwire通信协议发送给高精度温度采集器9～16；
(2)高精度温度采集器9～16通过四芯屏蔽电缆与多通道数据中继器17连接，将接收到的温度基于RS485通讯协议发送给多通道数据中继器17；
(3)多通道数据中继器17通过四芯屏蔽电缆与热误差补偿器18连接，将接收到的各温度数据汇总，并基于RS485协议将其统一发送给热误差补偿器18；
(4)热误差补偿器18通过双绞线直通电缆与i5数控系统19连接，基于i5iport协议与i5数控系统19进行通讯。
本发明中的热误差补偿软件基于进给轴和主轴的机械结构及热变形机理建立热误差预测模型，如式(1)和式(2)所示。根据温度和热误差数据自动进行模型系数辨识，并基于该模型对热误差进行在线实时预测。
热误差补偿软件与i5数控系统通讯基于i5 iport协议，通讯的具体步骤如下：
(1)对i5数控系统中通讯相关文件进行如下配置：
a)将“new_iport.ini”文件中的“ip”值改为“192.168.1.2”，“port”值改为“8081”。
b)在“subscribeData.ini”文件中增加如下内容：
101:AXFEEDBACKPOS X|AXFEEDBACKPOS Y|AXFEEDBACKPOS Z|sys_time
(2)i5数控系统中补偿相关参数按如下方法设置：
X方向补偿相关参数：
a)参数“SPDTC X”设置成“on”；
b)参数“SPDTCFACTOR X”设置为“1”；
c)参数“SPDTCMAX X”设置为“1”；
Y方向补偿相关参数：
a)参数“SPDTC Y”设置成“on”；
b)参数“SPDTCFACTOR Y”设置为“1”；
c)参数“SPDTCMAX Y”设置为“1”；
Z方向补偿相关参数：
a)参数“SPDTC Z”设置成“on”；
b)参数“SPDTCFACTOR Z”设置为“1”；
c)参数“SPDTCMAX Z”设置为“1”；
(3)i5数控系统基于步骤(1)中的设置与iport服务器建立连接。
(4)补偿系统基于i5数控系统的IP地址、端口号和机床ID，通过iport服务器与其建立连接。具体参数为：
(1)IP地址为192.168.1.1；
(2)端口号为8081；
(3)机床ID为SMTCL_MACHINE_SYMG-DEFAULT-MACHINE；
连接成功后热误差补偿软件通过iport服务器向i5数控系统订阅机床进给轴的机械坐标值，订阅号为101，数据的更新周期为100mm，并通过iport服务器向i5数控系统写入误差补偿值，X、Y和Z三个方向的补偿值分别写入到参数：SPDTCDATA X、SPDTCDATA Y和SPDTCDATA Z中。i5数控系统根据补偿值控制进给轴进行补偿动作。

Claims (1)

1.一种基于i5 iport协议的数控机床外置式热误差补偿方法，其特征在于，该补偿方法所用的硬件平台基于TSic的单总线温度传感器通过三芯屏蔽电缆与温度采集器连接，将温度以11位数字方式基于ZACwire通信协议发送给温度采集器；温度采集器通过四芯屏蔽电缆与多通道数据中继器连接，将接收到的温度基于RS485通讯协议发送给多通道数据中继器；一个多通道数据中继器最多连接八个温度采集器；多通道数据中继器通过四芯屏蔽电缆与热误差补偿器连接，将接收到的各路温度数据汇总，并基于RS485协议将其统一发送给热误差补偿器；热误差补偿器通过双绞线直通电缆与i5数控系统连接，基于i5 iport协议与i5数控系统进行通讯；
热误差补偿软件基于进给轴和主轴的机械结构及热变形机理建立热误差预测模型，并基于该模型对热误差进行在线实时预测；
进给轴热误差预测模型如下所示：
Figure FDA0002446187570000011
式中：Ef(m,j)为j时刻进给轴在第m段丝杠位置的热误差，k为丝杠的膨胀系数，L为每段丝杠的长度，Ti(j)为j时刻第i段丝杠的温度，T0为丝杠的初始温度，Ti(j-1)为j-1时刻第i段丝杠的温度，Ti-1(j-1)为j-1时刻第i-1段丝杠的温度，Ti+1(j-1)为j-1时刻第i+1段丝杠的温度，Tf(j-1)为j-1时刻丝杠附近的床身温度，α和β为系数，△t为采样周期；
主轴热误差预测模型如下所示：
Figure FDA0002446187570000012
式中：Esp(j)为j时刻主轴轴向热误差，Tsp(j)为j时刻主轴关键位置温度，Tsp(j-1)为j-1时刻主轴关键位置温度，Tsp(j-2)为j-2时刻主轴关键位置温度，δ、γ和θ为系数；
热误差补偿软件与i5数控系统通讯基于i5 iport协议，通讯的具体步骤如下：
(1)在i5数控系统中设置iport服务器的ip地址和端口号；将热误差补偿软件需要读取的机械坐标等信息添加到订阅列表中；开启热误差补偿接口；
(2)i5数控系统基于步骤(1)中的设置与iport服务器建立连接；
(3)热误差补偿软件基于i5数控系统的IP地址、端口号和机床ID，通过iport服务器与其建立连接；连接成功后热误差补偿软件通过iport服务器向i5数控系统订阅需要读取的数据，并通过iport服务器向i5数控系统写入热误差补偿值，数控系统根据该热误差补偿值控制进给轴进行补偿动作。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109623499B (zh) * 2019-01-31 2020-08-25 大连理工大学 数控机床几何/热误差在线测量与补偿系统
CN110968038B (zh) * 2019-12-18 2020-11-03 大连理工大学 一种基于数字孪生的数控机床进给轴热误差监测方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101530974A (zh) * 2008-03-13 2009-09-16 兄弟工业株式会社 机床的热位移修正方法和热位移修正装置
JP2012011509A (ja) * 2010-07-01 2012-01-19 Jtekt Corp 工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正装置
CN102629121A (zh) * 2012-04-24 2012-08-08 上海交通大学 数控机床几何与热复合位置误差的智能补偿系统
CN103823991A (zh) * 2014-03-11 2014-05-28 华中科技大学 一种考虑环境温度的重型机床热误差预测方法
CN103926874A (zh) * 2013-12-03 2014-07-16 江苏齐航数控机床有限责任公司 数控机床热误差补偿建模温度测点组合的选择优化方法
CN104216334A (zh) * 2014-09-16 2014-12-17 北京工业大学 一种关于数控机床热效应下定位误差温度测点组合的选择优化方法
CN105278458A (zh) * 2015-11-19 2016-01-27 北京工业大学 一种数控机床热误差补偿装置及方法
CN107065771A (zh) * 2017-05-05 2017-08-18 大连理工大学 半闭环进给轴在多时变动态热源激励下的热膨胀误差建模及补偿方法
CN107942934A (zh) * 2017-11-06 2018-04-20 大连理工大学 一种卧式数控车床的主轴径向热漂移误差建模及补偿方法
CN108241338A (zh) * 2018-01-24 2018-07-03 广东机电职业技术学院 一种数控机床用热误差补偿控制装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201021959A (en) * 2008-12-11 2010-06-16 Ind Tech Res Inst A thermal error compensation method for machine tools

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101530974A (zh) * 2008-03-13 2009-09-16 兄弟工业株式会社 机床的热位移修正方法和热位移修正装置
JP2012011509A (ja) * 2010-07-01 2012-01-19 Jtekt Corp 工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正装置
CN102629121A (zh) * 2012-04-24 2012-08-08 上海交通大学 数控机床几何与热复合位置误差的智能补偿系统
CN103926874A (zh) * 2013-12-03 2014-07-16 江苏齐航数控机床有限责任公司 数控机床热误差补偿建模温度测点组合的选择优化方法
CN103823991A (zh) * 2014-03-11 2014-05-28 华中科技大学 一种考虑环境温度的重型机床热误差预测方法
CN104216334A (zh) * 2014-09-16 2014-12-17 北京工业大学 一种关于数控机床热效应下定位误差温度测点组合的选择优化方法
CN105278458A (zh) * 2015-11-19 2016-01-27 北京工业大学 一种数控机床热误差补偿装置及方法
CN107065771A (zh) * 2017-05-05 2017-08-18 大连理工大学 半闭环进给轴在多时变动态热源激励下的热膨胀误差建模及补偿方法
CN107942934A (zh) * 2017-11-06 2018-04-20 大连理工大学 一种卧式数控车床的主轴径向热漂移误差建模及补偿方法
CN108241338A (zh) * 2018-01-24 2018-07-03 广东机电职业技术学院 一种数控机床用热误差补偿控制装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Thermography-Based Investigation into Thermally Induced Positioning Errors of Feed Drives By Example of a Ball Screw;U.Heisel;《CIRP Annals》;20060131;第1-4页 *
单热源作用下滚珠丝杠的温度场建模与热误差预测;李醒飞等;《光学精密工程》;第337-343页 *

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