CN109143970A - 一种重型机床误差补偿系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种重型机床误差补偿系统，包括数据采集模块、误差确定模块和误差补偿模块，所述数据采集模块用于采集重型机床数据和环境数据，所述误差确定模块用于根据重型机床数据和环境数据确定重型机床的误差，所述误差补偿模块用于对重型机床的误差进行补偿。本发明的有益效果为：提供了一种重型机床误差补偿系统，基于采集的重型机床数据和环境数据，实现了重型机床误差的准确衡量，基于重型机床的误差进行误差补偿，保证重型机床的稳定性和可靠性。

Description

一种重型机床误差补偿系统
技术领域
本发明涉及机床技术领域，具体涉及一种重型机床误差补偿系统。
背景技术
重型制造装备，也称重型机床，是制造业的核心装备之一，主要用于大型精密零件的加工，为国防军工、航空航天、水电站、核电站、再生能源、工程机械等主要工业支柱产业以及国家重点工程项目提供服务。
影响重型机床加工精度的因素很多，包括机床精度、工艺、工件、夹具等，其中机床精度因素起决定性作用，影响机床精度的误差源包括几何和运动误差、力致误差、热致误差、控制系统误差等，而几何误差和热误差是影响机床精度的主要误差。重型机床的精度容易受到外界因素尤其是变化的环境条件的影响，当没有恒温控制时，环境温度会出现大的波动，环境温度引起的热源与内部热源一起产生大量的热量，导致热误差的明显增加，尤其当大型机床长时间加工时影响更严重。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种重型机床误差补偿系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种重型机床误差补偿系统，包括数据采集模块、误差确定模块和误差补偿模块，所述数据采集模块用于采集重型机床数据和环境数据，所述误差确定模块用于根据重型机床数据和环境数据确定重型机床的误差，所述误差补偿模块用于对重型机床的误差进行补偿。
本发明的有益效果为：提供了一种重型机床误差补偿系统，基于采集的重型机床数据和环境数据，实现了重型机床误差的准确衡量，基于重型机床的误差进行误差补偿，保证重型机床的稳定性和可靠性。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的结构示意图；
附图标记：
数据采集模块1、误差确定模块2、误差补偿模块3。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
第一优选实施例：
参见图1，本实施例的一种重型机床误差补偿系统，包括数据采集模块1、误差确定模块2和误差补偿模块3，所述数据采集模块1用于采集重型机床数据和环境数据，所述误差确定模块2用于根据重型机床数据和环境数据确定重型机床的误差，所述误差补偿模块3用于对重型机床的误差进行补偿。
本实施例提供了一种重型机床误差补偿系统，基于采集的重型机床数据和环境数据，实现了重型机床误差的准确衡量，基于重型机床的误差进行误差补偿，保证重型机床的稳定性和可靠性。
优选的，所述误差确定模块2包括状态划分子模块、误差确定子模块，所述状态划分子模块用于对重型机床的运动状态进行划分，所述误差确定子模块用于根据重型机床的运动状态确定重型机床的误差；
所述状态划分子模块将重型机床的运动状态划分为静止状态、主轴转动状态、沿线性轴移动状态、主轴转动且沿线性轴移动状态；
所述误差确定子模块用于根据重型机床的运动状态确定重型机床的误差，具体为：将重型机床置于直角坐标系中，采用下式计算重型机床静止状态下的误差因子：
式中，A1表示重型机床静止状态下的误差因子，Cx表示外部热源引起的机床整机在x方向的热误差，Cy表示外部热源引起的机床整机在y方向的热误差，Cz表示外部热源引起的机床整机在z方向的热误差；所述A1越大，表示重型机床静止状态下的误差越大；
采用下式计算重型机床主轴转动状态下的误差因子：
式中，A2表示重型机床主轴转动状态下的误差因子，Cx表示外部热源引起的机床整机在x方向的热误差，Cy表示外部热源引起的机床整机在y方向的热误差，Cz表示外部热源引起的机床整机在z方向的热误差，Dx表示内部热源引起的x方向的主轴误差，Dy表示内部热源引起的y方向的主轴误差，Dz表示内部热源引起的z方向的主轴误差；所述A2越大，表示重型机床主轴转动状态下的误差越大；
采用下式计算重型机床沿线性轴移动状态下的误差因子：
式中，A3表示重型机床沿线性轴移动状态下的误差因子，Cx表示外部热源引起的机床整机在x方向的热误差，Cy表示外部热源引起的机床整机在y方向的热误差，Cz表示外部热源引起的机床整机在z方向的热误差，Ex表示移动轴在x方向的误差，Ey表示移动轴在y方向的误差，Ez表示移动轴在z方向的误差；所述A3越大，表示重型机床沿线性轴移动状态下的误差越大；
采用下式计算重型机床主轴转动且沿线性轴移动状态下的误差因子：
式中，A4表示重型机床主轴转动且沿线性轴移动状态下的误差因子，Cx表示外部热源引起的机床整机在x方向的热误差，Cy表示外部热源引起的机床整机在y方向的热误差，Cz表示外部热源引起的机床整机在z方向的热误差，Dx表示内部热源引起的x方向的主轴误差，Dy表示内部热源引起的y方向的主轴误差，Dz表示内部热源引起的z方向的主轴误差，Ex表示移动轴在x方向的误差，Ey表示移动轴在y方向的误差，Ez表示移动轴在z方向的误差；所述A4越大，表示重型机床主轴转动且沿线性轴移动状态下的误差越大；
热误差是内部热源和外部热源共同作用的结果，内部热源以热传导为主，包括切削热和摩擦热，而摩擦热主要来自于轴承、电机、静压油泵。外部热源以对流换热为主，与环境温度有关，环境温度的变化与通风、空气对流条件、室外环境温度和气候有关，另外机床与外部热源的热交换也有辖射传热，如日光、照明、人体辐射影响。机床在内外热源的作用下热变形是非线性的，既与温度变化有关，也与机床的坐标位置有关。本优选实施例通过将重型机床置于直角坐标系中，对重型机床的运动状态进行划分，并确定相应的运动状态以及相应运动状态下的误差，为后续重型机床进行误差补偿奠定了基础，具体的，
分别对重型机床在静止状态、主轴转动状态、沿线性轴移动状态、主轴转动且沿线性轴移动状态下的误差进行了计算。
第二优选实施例：
参见图1，本实施例的一种重型机床误差补偿系统，包括数据采集模块1、误差确定模块2和误差补偿模块3，所述数据采集模块1用于采集重型机床数据和环境数据，所述误差确定模块2用于根据重型机床数据和环境数据确定重型机床的误差，所述误差补偿模块3用于对重型机床的误差进行补偿。
本实施例提供了一种重型机床误差补偿系统，基于采集的重型机床数据和环境数据，实现了重型机床误差的准确衡量，基于重型机床的误差进行误差补偿，保证重型机床的稳定性和可靠性。
优选的，重型机床误差补偿系统还包括误差显示模块，所述误差显示模块用于显示重型机床的误差。
所述误差确定模块2包括状态划分子模块、误差确定子模块，所述状态划分子模块用于对重型机床的运动状态进行划分，所述误差确定子模块用于根据重型机床的运动状态确定重型机床的误差；
所述状态划分子模块将重型机床的运动状态划分为静止状态、主轴转动状态、沿线性轴移动状态、主轴转动且沿线性轴移动状态；
所述误差确定子模块用于根据重型机床的运动状态确定重型机床的误差，具体为：将重型机床置于直角坐标系中，采用下式计算重型机床静止状态下的误差因子：
式中，A1表示重型机床静止状态下的误差因子，Cx表示外部热源引起的机床整机在x方向的热误差，Cy表示外部热源引起的机床整机在y方向的热误差，Cz表示外部热源引起的机床整机在z方向的热误差；所述A1越大，表示重型机床静止状态下的误差越大；
采用下式计算重型机床主轴转动状态下的误差因子：
式中，A2表示重型机床主轴转动状态下的误差因子，Cx表示外部热源引起的机床整机在x方向的热误差，Cy表示外部热源引起的机床整机在y方向的热误差，Cz表示外部热源引起的机床整机在z方向的热误差，Dx表示内部热源引起的x方向的主轴误差，Dy表示内部热源引起的y方向的主轴误差，Dz表示内部热源引起的z方向的主轴误差；所述A2越大，表示重型机床主轴转动状态下的误差越大；
采用下式计算重型机床沿线性轴移动状态下的误差因子：
式中，A3表示重型机床沿线性轴移动状态下的误差因子，Cx表示外部热源引起的机床整机在x方向的热误差，Cy表示外部热源引起的机床整机在y方向的热误差，Cz表示外部热源引起的机床整机在z方向的热误差，Ex表示移动轴在x方向的误差，Ey表示移动轴在y方向的误差，Ez表示移动轴在z方向的误差；所述A3越大，表示重型机床沿线性轴移动状态下的误差越大；
采用下式计算重型机床主轴转动且沿线性轴移动状态下的误差因子：
式中，A4表示重型机床主轴转动且沿线性轴移动状态下的误差因子，Cx表示外部热源引起的机床整机在x方向的热误差，Cy表示外部热源引起的机床整机在y方向的热误差，Cz表示外部热源引起的机床整机在z方向的热误差，Dx表示内部热源引起的x方向的主轴误差，Dy表示内部热源引起的y方向的主轴误差，Dz表示内部热源引起的z方向的主轴误差，Ex表示移动轴在x方向的误差，Ey表示移动轴在y方向的误差，Ez表示移动轴在z方向的误差；所述A4越大，表示重型机床主轴转动且沿线性轴移动状态下的误差越大；
热误差是内部热源和外部热源共同作用的结果，内部热源以热传导为主，包括切削热和摩擦热，而摩擦热主要来自于轴承、电机、静压油泵。外部热源以对流换热为主，与环境温度有关，环境温度的变化与通风、空气对流条件、室外环境温度和气候有关，另外机床与外部热源的热交换也有辖射传热，如日光、照明、人体辐射影响。机床在内外热源的作用下热变形是非线性的，既与温度变化有关，也与机床的坐标位置有关。本优选实施例通过将重型机床置于直角坐标系中，对重型机床的运动状态进行划分，并确定相应的运动状态以及相应运动状态下的误差，为后续重型机床进行误差补偿奠定了基础，具体的，
分别对重型机床在静止状态、主轴转动状态、沿线性轴移动状态、主轴转动且沿线性轴移动状态下的误差进行了计算。
采用本发明重型机床误差补偿系统进行误差补偿，选取5个重型机床进行实验，分别为重型机床1、重型机床2、重型机床3、重型机床4、重型机床5，对误差补偿效率和误差补偿准确率进行统计，同现有技术相比，产生的有益效果如下表所示：
误差补偿效率提高 误差补偿准确率提高
重型机床1 29％ 27％
重型机床2 27％ 26％
重型机床3 26％ 26％
重型机床4 25％ 24％
重型机床5 24％ 22％
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种重型机床误差补偿系统，其特征在于，包括数据采集模块、误差确定模块和误差补偿模块，所述数据采集模块用于采集重型机床数据和环境数据，所述误差确定模块用于根据重型机床数据和环境数据确定重型机床的误差，所述误差补偿模块用于对重型机床的误差进行补偿。
2.根据权利要求1所述的重型机床误差补偿系统，其特征在于，所述误差确定模块包括状态划分子模块、误差确定子模块，所述状态划分子模块用于对重型机床的运动状态进行划分，所述误差确定子模块用于根据重型机床的运动状态确定重型机床的误差。
3.根据权利要求2所述的重型机床误差补偿系统，其特征在于，所述状态划分子模块将重型机床的运动状态划分为静止状态、主轴转动状态、沿线性轴移动状态、主轴转动且沿线性轴移动状态。
4.根据权利要求3所述的重型机床误差补偿系统，其特征在于，所述误差确定子模块用于根据重型机床的运动状态确定重型机床的误差，具体为：
将重型机床置于直角坐标系中，采用下式计算重型机床静止状态下的误差因子：
式中，A1表示重型机床静止状态下的误差因子，Cx表示外部热源引起的机床整机在x方向的热误差，Cy表示外部热源引起的机床整机在y方向的热误差，Cz表示外部热源引起的机床整机在z方向的热误差；所述A1越大，表示重型机床静止状态下的误差越大。
5.根据权利要求4所述的重型机床误差补偿系统，其特征在于，采用下式计算重型机床主轴转动状态下的误差因子：
式中，A2表示重型机床主轴转动状态下的误差因子，Cx表示外部热源引起的机床整机在x方向的热误差，Cy表示外部热源引起的机床整机在y方向的热误差，Cz表示外部热源引起的机床整机在z方向的热误差，Dx表示内部热源引起的x方向的主轴误差，Dy表示内部热源引起的y方向的主轴误差，Dz表示内部热源引起的z方向的主轴误差；所述A2越大，表示重型机床主轴转动状态下的误差越大。
6.根据权利要求5所述的重型机床误差补偿系统，其特征在于，采用下式计算重型机床沿线性轴移动状态下的误差因子：
式中，A3表示重型机床沿线性轴移动状态下的误差因子，Cx表示外部热源引起的机床整机在x方向的热误差，Cy表示外部热源引起的机床整机在y方向的热误差，Cz表示外部热源引起的机床整机在z方向的热误差，Ex表示移动轴在x方向的误差，Ey表示移动轴在y方向的误差，Ez表示移动轴在z方向的误差；所述A3越大，表示重型机床沿线性轴移动状态下的误差越大。
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