專利名稱：補(bǔ)償機(jī)床上依賴于溫度的位置變化的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對機(jī)床上的依賴于溫度的位置變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ê脱b置，其中該機(jī)床具有至少一個(gè)線性軸。根據(jù)本發(fā)明，在機(jī)床線性軸的溫度測量位置偵測至少一溫度值，然后得到參考溫度與偵測到的溫度之間的溫差值，根據(jù)該溫差值確定一個(gè)補(bǔ)償值，然后當(dāng)控制機(jī)床時(shí)，根據(jù)該確定的補(bǔ)償值對機(jī)床的依賴于溫度的位置變化進(jìn)行補(bǔ)償。該依賴于溫度的位置變化例如為，夾持在機(jī)床上的刀具或工件的依賴于溫度的位移，或者是機(jī)床或線性軸上的組件的依賴于溫度的位移。
而且，本發(fā)明也涉及一種包括機(jī)床和補(bǔ)償裝置的系統(tǒng)，其中該機(jī)床尤其是NC或 CNC機(jī)床，具有至少一線性軸，而該補(bǔ)償裝置用于補(bǔ)償該機(jī)床上依賴于溫度的位置變化。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及通過計(jì)算補(bǔ)償值而使用補(bǔ)償方式來平衡機(jī)床上的熱漂移(thermal shift)，這些補(bǔ)償值用于供該機(jī)床的數(shù)字或可編程邏輯控制來補(bǔ)償這些熱漂移。
在這方面，機(jī)床上的熱漂移例如是組件(例如機(jī)架組件)翹曲，這種翹曲的原因可能是因?yàn)榻M件被加熱，尤其是例如這些組件被安裝在組件一側(cè)的導(dǎo)引或驅(qū)動件的熱量輸入不均勻地加熱。當(dāng)機(jī)架組件被其一側(cè)的導(dǎo)引和驅(qū)動件加熱時(shí)，該材料的加熱側(cè)將會根據(jù)該單側(cè)加熱而膨脹。由于這種單側(cè)加熱，機(jī)架組件的加熱側(cè)的長度將會長于其背面一側(cè)的長度，從而造成翹曲。這種行為會造成位置誤差，這種位置誤差會在控制機(jī)床和機(jī)床的線性軸時(shí)分別加以補(bǔ)償。
基本上，機(jī)床組件的上述變形被稱為機(jī)床的熱生長(thermal growth) 0機(jī)床出現(xiàn)這種熱生長是因?yàn)闊崤蛎浵禂?shù)。熱生長一方面產(chǎn)生于例如機(jī)床滑軌或床身的線性熱膨脹。 這部分線性熱膨脹等于組件溫度的均勻上升量乘以熱膨脹系數(shù)。
然而，熱生長的第二部分產(chǎn)生于不均勻的溫差，這些不均勻的溫差可能出現(xiàn)在機(jī)床組件上。造成這些溫差的原因可能是，例如，對機(jī)床組件的不均勻熱量輸入。例如，如果在機(jī)床組件(例如機(jī)床的線性軸的滑軌)上，驅(qū)動和導(dǎo)引件安裝在底部，則相對于組件頂部， 該底部會被更強(qiáng)烈和快速地加熱。因此，這經(jīng)常導(dǎo)致機(jī)床的機(jī)架組件的安裝有導(dǎo)引和驅(qū)動件一面成為熱的或被快速加熱的一面，而另一面成為冷的或較慢且不那么強(qiáng)烈的加熱面。 這種單側(cè)加熱造成暴露在這種不均勻加熱中的組件發(fā)生翹曲。
關(guān)于上述機(jī)床中熱量導(dǎo)致的漂移，利用主動冷卻機(jī)床及其組件的方式來降低或避免這種熱量導(dǎo)致的漂移在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。因此，可能會使用一種媒介，通過一冷卻單元將其冷卻到預(yù)定溫度或由一設(shè)定值控制的溫度，以對機(jī)床的一些或所有組件進(jìn)行局部冷卻，尤其是例如對機(jī)床的產(chǎn)熱中心部位(比如，主軸或驅(qū)動件)進(jìn)行冷卻。
這種通過主動冷卻一些或所有機(jī)床部件的方式可有效降低或避免上述的均勻加熱情形下的組件長度變化。然而，由于這種冷卻劑的有限的局部輸入，溫差的產(chǎn)生不可能被完全防止，在有的部分甚至加強(qiáng)了，使得這種熱量導(dǎo)致的變形(由于機(jī)床組件的不同側(cè)的溫差的緣故，可能會引起機(jī)架組件翹曲)無法通過主動冷卻機(jī)床而被完全阻止，或者甚至被加強(qiáng)了。
這樣的話，在現(xiàn)有技術(shù)中的一種方法是通過下列方式補(bǔ)償機(jī)床上的熱量導(dǎo)致的漂移，其測量機(jī)床組件上的一個(gè)或多個(gè)溫度值并在機(jī)床控制單元中通過疊加該軸目標(biāo)位置來計(jì)算與測量到的溫度相關(guān)聯(lián)的一個(gè)補(bǔ)償值。在這方面，現(xiàn)有技術(shù)中的一種已知的控制補(bǔ)償中，其補(bǔ)償值是根據(jù)測量到的機(jī)床組件上的溫度或溫差來計(jì)算的。
這種計(jì)算例如可以根據(jù)下列方程式進(jìn)行 Δ Al — (TEEFEEENCE_11~TBASE_11) ·Κ_11+ (TEEFEEENCE_12_TBASE_12) ·Κ—12+· · ·++(TREFERENCE_ 1N-TBASE_1N) · K_1N(1) Δ AN = (Teefeeence_N1-Tbase_N1) · K_N1+ (Teefeeence_N2-Tbase_N2) · K_N2+· · · + (TEEFEEENCE_ NN-Tbase_NN) · K_NN(2) 在這里，Δ Al是針對機(jī)床第一軸Al的修正值或補(bǔ)償值，ΔΑΝ是針對機(jī)床第N軸 AN的補(bǔ)償值。在機(jī)床的軸Al的組件上偵測參考溫度和基本溫度TKEFEKENeE_ll和TBASE_11，就會得到對應(yīng)的溫差。另外，在機(jī)床的其他軸Al至AN上分別偵測參考溫度和基本溫度，然后得到對應(yīng)的溫差。
在這個(gè)過程中，為每一個(gè)軸(尤其是機(jī)床的線性軸)計(jì)算一個(gè)補(bǔ)償修正值，計(jì)算這些補(bǔ)償修正值時(shí)考慮了這些溫差，將其分別乘以一個(gè)補(bǔ)償因子。κ_11至Κ_1Ν以及Κ_Ν1至 Κ_ΝΝ分別為補(bǔ)償因子，與這些溫差對應(yīng)。這些可通過模擬或機(jī)床上的試驗(yàn)來確定以獲得滿意的補(bǔ)償結(jié)果。
在此，希望利用計(jì)算得到的補(bǔ)償修正值ΔΑ1或Δ AN來疊加或修正機(jī)床各軸的目標(biāo)軸位置，這些目標(biāo)位置在NC機(jī)床或CNC機(jī)床的機(jī)床控制中是預(yù)定的。例如，軸線Al的目標(biāo)軸線位置可以通過計(jì)算得到的值Δ Al來修正以補(bǔ)償沿軸線Al方向的熱漂移。
對機(jī)床上的依賴于溫度的位置變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)念愃品椒ㄊ且阎?，例如，可以從德國專利公開第DE19800033A1或DE102004044838A1號中得知。
然而，這些方法對機(jī)床上的依賴于溫度的位置變化進(jìn)行的補(bǔ)償是不精確的。另外， 長久以來一直嘗試通過提升機(jī)床軸的動態(tài)來進(jìn)一步降低機(jī)床上的加工的一次和二次加工次數(shù)(進(jìn)而，降低單件成本)，而機(jī)床軸的動態(tài)提升之后，熱量導(dǎo)致的偏差隨著動態(tài)增加而增加。特別是，機(jī)床從一代發(fā)展到下一代的時(shí)候，機(jī)床上的熱漂移變得更加相關(guān)，因?yàn)樯鲜雒枋龅臒崃繉?dǎo)致的漂移隨著機(jī)床的動態(tài)的增加而增加，詳細(xì)而言是因?yàn)轵?qū)動和導(dǎo)引件之間的摩擦以及由此導(dǎo)致的熱量隨著加速度，最重要的是隨著最高速度的增加而增加。
而且，機(jī)床一般具有多個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)的軸。這意味著各軸的熱漂移累加到刀具或工件上，作用到刀具或工件上的熱彈性漂移根據(jù)所有串聯(lián)互為基礎(chǔ)的軸而產(chǎn)生。這使得發(fā)生的位置誤差呈指數(shù)化上升。
詳細(xì)而言，熱翹曲或熱變形引起的位置偏差可能不僅僅發(fā)生在線性軸的前進(jìn)方向 (如在純縱向膨脹的情形)，其也可能發(fā)生在前進(jìn)方向的垂直方向上。尤其是在具有大投影 (projection)的機(jī)床中，即在大行程的機(jī)床中，大的熱生長會產(chǎn)生于這些描述的效應(yīng)，其是造成工件不精確的大部分原因。詳細(xì)而言，在組件一側(cè)發(fā)生相同溫度上升時(shí)的非均勻加熱和由此造成的組件翹曲導(dǎo)致的熱漂移明顯大于均勻加熱時(shí)產(chǎn)生的線性熱膨脹(尤其是在另一個(gè)空間方向上)。
本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了一些試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)雖然在刀具尖端處的偏差的比例僅
6在-0. 15至0. 3每mil，相對于機(jī)床的工作距離而言其是正常的，畢竟這表示對于500mm的工作距離而言，誤差僅為-100至150um。但是，這些值無法滿足當(dāng)今對加工精度的要求，該偏差必須降低或進(jìn)行補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中上述機(jī)床上依賴于溫度的位置變化的補(bǔ)償方法的不足，本發(fā)明的目的是避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種改善的補(bǔ)償機(jī)床上依賴于溫度的位置變化的方法，其對熱漂移的補(bǔ)償更有效和精度更高。
如本發(fā)明的獨(dú)立權(quán)利要求所述，本發(fā)明的上述目的是通過一種用以補(bǔ)償機(jī)床上依賴于溫度的位置變化的方法、一種用以補(bǔ)償機(jī)床上依賴于溫度的位置變化的裝置以及一種包括機(jī)床和根據(jù)所述創(chuàng)新方法來補(bǔ)償所述機(jī)床上依賴于溫度的位置變化的創(chuàng)新裝置的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，其中所述機(jī)床具有至少一第一線性軸。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的特征描述于附屬權(quán)利要求中。
根據(jù)本發(fā)明，用以補(bǔ)償機(jī)床上依賴于溫度的位置變化的方法包括下列步驟在所述機(jī)床的第一線性軸的第一溫度測量位置偵測至少一第一溫度；獲得第一參考溫度和所述第一溫度之間的第一溫差；根據(jù)所述第一溫差確定第一補(bǔ)償值；以及根據(jù)所述第一補(bǔ)償值補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化。根據(jù)本發(fā)明，所述第一補(bǔ)償值還根據(jù)所述第一線性軸的軸位置確定。因此，根據(jù)本發(fā)明，在確定所述第一補(bǔ)償值的步驟中，所述第一補(bǔ)償值是同時(shí)根據(jù)所述第一溫差和所述第一線性軸的軸位置來確定的。
因此，根據(jù)本發(fā)明，補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化額外地根據(jù)所述機(jī)床的線性軸的軸位置而進(jìn)行。這意味著，與現(xiàn)有技術(shù)相反，在本案中，在計(jì)算用于補(bǔ)償機(jī)床上依賴于溫度的位置變化的補(bǔ)償值時(shí)，所述機(jī)床的至少一個(gè)或，視情況，多個(gè)軸被納入考慮。詳細(xì)而言，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，各軸的依賴于位置的累積的熱漂移也可以以依賴于位置的方式被補(bǔ)償，即， 適應(yīng)該軸的實(shí)際當(dāng)前位置。
在這方面，發(fā)明人特別認(rèn)識到，可能由于非均勻熱量輸入導(dǎo)致且可能導(dǎo)致組件翹曲的機(jī)床上的熱位置變化會造成位置誤差，這種位置誤差同時(shí)具有與位置無關(guān)的部分和依賴于位置的部分，其中所述依賴于位置的部分在現(xiàn)有的補(bǔ)償方法中無法被考慮到。
然而，根據(jù)本發(fā)明，其提供了對熱漂移的依賴于位置的補(bǔ)償，這樣就可以根據(jù)軸位置以有利的方式精確地補(bǔ)償每個(gè)軸位置處的補(bǔ)償熱漂移。因此，建議不僅如現(xiàn)有技術(shù)那樣， 分別根據(jù)一個(gè)或多個(gè)測量到的值和溫差計(jì)算一個(gè)補(bǔ)償值或多個(gè)補(bǔ)償值，而且額外地根據(jù)所述機(jī)床的對刀具和/或工件的位置產(chǎn)生影響的軸或線性軸的一個(gè)或多個(gè)軸位置計(jì)算一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值。在此，所述一個(gè)或多個(gè)軸的軸位置可通過相應(yīng)計(jì)算的補(bǔ)償值用于平衡所述位置誤差的依賴于位置的部分，或者較現(xiàn)有的補(bǔ)償方法更精確地平衡所述位置誤差。
優(yōu)選的是，在這方面，該依賴于位置的部分也在與所述線性軸的移動方向垂直的方向上確定，其中所述溫差是在所述線性軸上獲取的。優(yōu)選的是，對于具有串聯(lián)運(yùn)動學(xué)的機(jī)床，其具有多個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)的軸，所有串聯(lián)互為基礎(chǔ)的軸的軸位置都被納入考慮。所述機(jī)床的軸的對應(yīng)軸位置可從機(jī)床的控制單元，例如所謂的機(jī)床NC中讀取。依賴于所述軸位置的一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值可根據(jù)所述機(jī)床的一個(gè)或多個(gè)軸的軸位置加以計(jì)算，這些補(bǔ)償值然后可被整合進(jìn)所述機(jī)床的控制回路中，例如用以根據(jù)所計(jì)算得到的一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值來修正對應(yīng)軸的軸目標(biāo)位置或疊加它們，以分別補(bǔ)償所述機(jī)床的組件和軸的熱漂移。在此，所述補(bǔ)償值可例如在機(jī)床NC或機(jī)床PLC中進(jìn)行計(jì)算。優(yōu)選的是，所述機(jī)床的在一個(gè)運(yùn)動鏈中對刀具或工件的位置有影響的所有軸的位置都被納入考慮。
而且，優(yōu)選的是，針對所有空間方向確定補(bǔ)償值，特別優(yōu)選的是，針對所有三個(gè)方向空間方向。根據(jù)本發(fā)明，相較于在不考慮機(jī)床軸的軸位置的情況下計(jì)算補(bǔ)償值的情形，對機(jī)床上依賴于溫度的漂移的補(bǔ)償被改善了，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明，依賴于位置的熱漂移也被考慮進(jìn)行補(bǔ)償，從而獲得顯著改善的熱補(bǔ)償。所述機(jī)床的熱生長，尤其包括因非均勻熱輸入產(chǎn)生的熱生長，以及由此造成的組件變形或翹曲，可以改善的方式成功補(bǔ)償。
總之，根據(jù)本發(fā)明，機(jī)床軸的熱量導(dǎo)致的漂移以一種關(guān)聯(lián)法進(jìn)行補(bǔ)償，在這個(gè)關(guān)聯(lián)法中，一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值不僅分別根據(jù)一個(gè)或多個(gè)測量到的溫度和獲取的溫差進(jìn)行確定， 而且還根據(jù)機(jī)床的對刀具和/或工件的位置產(chǎn)生影響的軸的一個(gè)或多個(gè)軸位置進(jìn)行確定。
優(yōu)選的是，第一補(bǔ)償值包括與溫度無關(guān)的部分和依賴于溫度的部分，其中所述第一補(bǔ)償值的依賴于溫度的部分優(yōu)選的是至少依賴于所述第一線性軸的軸位置。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，與軸位置無關(guān)的和依賴于軸位置的位置誤差都可以通過相應(yīng)的與位置無關(guān)和依賴于位置的部分進(jìn)行修正或補(bǔ)償。與位置無關(guān)的部分可能產(chǎn)生于，例如組件均勻加熱情形下的相比一個(gè)比較溫度的線性膨脹。
優(yōu)選的是，第一補(bǔ)償值是根據(jù)所述第一線性軸的軸位置與第一線性軸的軸長度之比加以確定。為了能夠在補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化過程中獲得更高的精度，優(yōu)選的是，根據(jù)所述第一線性軸的軸位置與第一線性軸的軸長度之比來確定所述第一補(bǔ)償值也是可能的。因此，根據(jù)一個(gè)線性軸的軸位置與一個(gè)線性軸的軸長度的簡單比值，即一個(gè)容易處理的無量綱參數(shù)，來確定一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值的依賴于位置的部分是可能的。由于組件翹曲實(shí)質(zhì)上是以弧形出現(xiàn)，當(dāng)一個(gè)組件其一側(cè)的溫度與其另一側(cè)的溫度不同時(shí)，依賴于軸位置的位置誤差實(shí)質(zhì)上不是線性的，這樣，如果不是根據(jù)一個(gè)線性軸的軸位置與軸長度之比來確定一個(gè)補(bǔ)償值，而是根據(jù)該線性軸的軸位置與軸長度之比的平方來確定補(bǔ)償值，則可以獲得更好的補(bǔ)償效果。然而，由于翹曲仍然處于線性近似的范圍，簡單使用線性軸的軸位置與軸長度之比已經(jīng)是一個(gè)比較好的近似法，其使得對機(jī)床上依賴于溫度的漂移可以進(jìn)行優(yōu)異的依賴于位置的補(bǔ)償。
優(yōu)選的是，在根據(jù)所述第一補(bǔ)償值補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化的步驟中，依賴于溫度的位置變化在與所述第一線性軸方向垂直的方向上被補(bǔ)償。在可追溯到翹曲且因機(jī)床組件的非均勻加熱造成的熱變形或漂移的情形中，位置偏差不是發(fā)生在前進(jìn)方向上，而是發(fā)生在與前進(jìn)方向垂直的方向上，即與僅發(fā)生在線性軸的前進(jìn)方向上的縱向膨脹是不同的，這是另一個(gè)不同的特征。因此，在這種情形下，可追溯至翹曲的熱漂移也可以在與線性軸方向垂直的方向上被有利地和精確地補(bǔ)償。
優(yōu)選的是，在根據(jù)所述第一補(bǔ)償值來補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化的步驟中，依賴于溫度的位置變化在機(jī)床的第二線性軸的方向上被補(bǔ)償，所述第二線性軸優(yōu)選的是設(shè)置成與所述第一線性軸垂直。這使得因在機(jī)床的第二線性軸方向上非均勻地加熱第一線性軸的一個(gè)或多個(gè)組件產(chǎn)生的熱漂移可以以改善的方式加以補(bǔ)償，其補(bǔ)償例如是修改所述第二線性軸的軸目標(biāo)位置以平衡所述第二線性軸方向上的位置誤差。
優(yōu)選的是，補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化的步驟包括根據(jù)所述第一補(bǔ)償值修改所述機(jī)床的第二線性軸的第一軸目標(biāo)位置值，優(yōu)選的是，修改所述第二線性軸的軸目標(biāo)位置是根據(jù)所述第一線性軸的軸位置來進(jìn)行的。因此，通過根據(jù)所述計(jì)算得到的補(bǔ)償值來修正或修改所述機(jī)床的線性軸的軸目標(biāo)位置，就可以補(bǔ)償熱漂移或因熱漂移產(chǎn)生的位置誤差，使得由第一線性軸組件的熱翹曲造成的位置誤差可利用所述第二線性軸的被修改的軸目標(biāo)位置在所述第二線性軸方向上被補(bǔ)償。
在這種情形下，一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值的計(jì)算是在控制單元，例如，所謂的機(jī)床NC(數(shù)字控制)或可編程邏輯控制器(PLC)，也稱為機(jī)床LC或機(jī)床PLC中以盡可能快的周期進(jìn)行計(jì)算。這些根據(jù)位置計(jì)算的補(bǔ)償值將所述控制單元，即所謂機(jī)床NC，疊加至所述線性軸的一個(gè)或多個(gè)軸目標(biāo)值。為了補(bǔ)償機(jī)架組件的(非均勻)加熱而由熱量導(dǎo)致的變形，也有可能在這些補(bǔ)償值上疊加另外的補(bǔ)償部分，其中另外的補(bǔ)償部分例如用以補(bǔ)償因馬達(dá)主軸產(chǎn)生的漂移。
因此，在此建議一種方法，機(jī)床上熱量導(dǎo)致的漂移可優(yōu)選地通過下列方式進(jìn)行補(bǔ)償，即測量一個(gè)或多個(gè)機(jī)床上的溫度以及在所述機(jī)床控制中計(jì)算一個(gè)或多個(gè)與測量到的補(bǔ)償值關(guān)聯(lián)的補(bǔ)償值，其中計(jì)算所述一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值是通過在機(jī)床控制或位置控制器中疊加所述軸目標(biāo)位置來進(jìn)行。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的方法還包括在機(jī)床第二線性軸的第三溫度測量位置偵測至少一第二溫度，獲取第二參考溫度與所述第二溫度之間的第二溫差，以及根據(jù)所述第二溫差確定第二補(bǔ)償值。其中，依賴于溫度的位置變化優(yōu)選的是根據(jù)所述第一補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值被進(jìn)行補(bǔ)償，且所述第二補(bǔ)償值優(yōu)選的是進(jìn)一步根據(jù)所述第二線性軸的軸位置而確定。因此，由所述機(jī)床的第二線性軸的一個(gè)或多個(gè)組件的熱膨脹和變形導(dǎo)致的熱漂移也可通過獲得一個(gè)第二溫差而被有利地補(bǔ)償。為此，第二補(bǔ)償值優(yōu)選的是根據(jù)所述第二線性軸的軸位置加以確定，使得在補(bǔ)償依賴于溫度的漂移時(shí)，所述第一線性軸的軸位置和所述第二線性軸的軸位置都被納入考慮，從而獲得更優(yōu)的熱補(bǔ)償。
優(yōu)選的是，補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化的步驟還包括根據(jù)所述第一補(bǔ)償值修改所述機(jī)床第二線性軸的第一軸目標(biāo)位置值，和/或根據(jù)所述第二補(bǔ)償值修改所述機(jī)床第一線性軸的第二軸目標(biāo)位置值，修改所述第二線性軸的軸目標(biāo)位置優(yōu)選的是根據(jù)所述第一線性軸的軸位置而進(jìn)行，修改所述第一線性軸的軸目標(biāo)位置優(yōu)選的是根據(jù)所述第二線性軸的軸位置而進(jìn)行。這使得線性軸的軸目標(biāo)位置可根據(jù)對應(yīng)的其它線性軸的軸位置而有利地被分別補(bǔ)償，使得因組件非均勻加熱產(chǎn)生的變形和漂移(其在其中一個(gè)線性軸的前進(jìn)方向的垂直方向上造成位置誤差)可通過修改對應(yīng)的其他線性軸的軸目標(biāo)位置而被對應(yīng)補(bǔ)償。
優(yōu)選的是，所述第一參考溫度優(yōu)選的是在所述第一線性軸的第二溫度測量位置測量到的溫度，以及優(yōu)選的是，第二參考溫度是在所述第二線性軸的第四溫度測量位置測量到的溫度。或者，所述第二參考溫度等于所述第一參考溫度，進(jìn)一步而言，其等于在所述機(jī)床的參考溫度測量位置針對機(jī)床的兩個(gè)或多個(gè)(或所有)組件偵測到的均勻參考溫度。例如，所述第二參考溫度和第一參考溫度可以等于一個(gè)依賴于所述機(jī)床的環(huán)境溫度的參考溫度。這使得，例如，在多個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)的軸的情形下，在基于所述第一線性軸的第二線性軸上，補(bǔ)償值是根據(jù)所述第一線性軸的軸位置同時(shí)也根據(jù)所述第二線性軸的軸位置而進(jìn)行確定的。因此，為了修改所述第二線性軸的軸目標(biāo)位置，可以視情形同時(shí)補(bǔ)償由于第一線性軸的組件變形產(chǎn)生的熱漂移和由于第二線性軸的組件變形產(chǎn)生的熱漂移。而且，如果所述第二補(bǔ)償值也是根據(jù)所述第一線性軸的軸位置進(jìn)行確定的，則各補(bǔ)償值可同時(shí)針對兩個(gè)線性軸而被有利地確定，其中所述第一和第二線性軸的軸被分別加以考慮，從而獲得更優(yōu)的熱補(bǔ)償。
優(yōu)選的是，所述機(jī)床的第一和第二線性軸是兩個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)且在一側(cè)具有投影的軸，所述第二線性軸優(yōu)選的是基于所述第一線性軸，所述第一補(bǔ)償值優(yōu)選的是還根據(jù)所述第二線性軸的軸位置加以確定。優(yōu)選的是，所述第二補(bǔ)償值還根據(jù)所述第一線性軸的軸位置加以確定。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的方法還包括根據(jù)所述第一溫差確定第三補(bǔ)償值， 和/或根據(jù)所述第二溫差確定第四補(bǔ)償值。依賴于溫度的位置變化優(yōu)選的是在所述第一線性軸的方向上根據(jù)所述第三補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值被進(jìn)行補(bǔ)償，依賴于溫度的位置變化優(yōu)選的是在所述第二線性軸的方向上根據(jù)所述第一補(bǔ)償值和第四補(bǔ)償值被進(jìn)行補(bǔ)償。所述第三補(bǔ)償值還根據(jù)所述第一線性軸的軸位置而確定，所述第四補(bǔ)償值還根據(jù)所述第二線性軸的軸位置而確定。因此，在具有至少兩個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)的軸的機(jī)床中可獲得最優(yōu)的熱補(bǔ)償，其中在計(jì)算補(bǔ)償值時(shí)，第一線性軸的一個(gè)或多個(gè)組件的溫差和第二線性軸的一個(gè)或多個(gè)組件的溫差都被納入考慮，且多個(gè)補(bǔ)償值被計(jì)算，其中線性軸的一個(gè)或多個(gè)軸位置被分別納入考慮。這樣，在刀具和工件位置是由多個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)的軸(例如在一側(cè)具有不可變的投影，其中由于這種串聯(lián)互為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)，這些影響相互疊加)確定的機(jī)床構(gòu)造中，可以獲得出色的熱漂移補(bǔ)償。因此，在熱漂移不僅產(chǎn)生于一個(gè)組件上的影響，而且產(chǎn)生于所有組件上的依賴于溫度的疊加影響的情形下，補(bǔ)償這些影響成為可能。在此，刀具或工件上的熱漂移優(yōu)選的是根據(jù)軸位置，優(yōu)選的是根據(jù)所有對刀具或工件位置有影響的軸的軸位置，利用軸和機(jī)床組件上的多個(gè)溫差來確定。
優(yōu)選的是，補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化的步驟還包括根據(jù)所述第一補(bǔ)償值和第四補(bǔ)償值修改所述機(jī)床的第二線性軸的第一軸目標(biāo)位置值，和/或根據(jù)所述第三補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值修改所述機(jī)床的第一線性軸的第二軸目標(biāo)位置值。
優(yōu)選的是，所述機(jī)床包括多個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)且具有一個(gè)投影的線性軸，其中，針對每個(gè)所述多個(gè)線性軸，優(yōu)選的是在所述線性軸的溫度測量位置獲取至少一個(gè)溫度，并獲取對應(yīng)的參考溫度與對應(yīng)的獲取的溫度之間的對應(yīng)溫差；以及優(yōu)選的是，針對每個(gè)所述線性軸，確定一個(gè)總補(bǔ)償值，所述總補(bǔ)償值對應(yīng)多個(gè)補(bǔ)償值的總和，這些補(bǔ)償值的數(shù)量等于所述串聯(lián)互為基礎(chǔ)的線性軸的數(shù)量，其中每個(gè)補(bǔ)償值優(yōu)選的是與其中一個(gè)溫差成正比。作為一個(gè)例子，將在后面描述的第七實(shí)施例將提到計(jì)算補(bǔ)償值的一般性的公式。
這樣，就可以有利地執(zhí)行熱補(bǔ)償，其中針對每個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)的線性軸，確定一個(gè)總補(bǔ)償值。該總補(bǔ)償值優(yōu)選的是對應(yīng)多個(gè)補(bǔ)償值的綜合，而這些補(bǔ)償值分別與其中一個(gè)軸的其中一個(gè)溫差成正比，使得該總補(bǔ)償值對應(yīng)多個(gè)補(bǔ)償值的總和，其中每個(gè)補(bǔ)償值線性依賴于另一個(gè)線性軸的另一個(gè)溫差，使得對于每個(gè)總補(bǔ)償值，所有線性軸的所有溫差都被納入考慮。
當(dāng)然，在這種情形下，根據(jù)本發(fā)明，各補(bǔ)償值根據(jù)位置而加以確定，且依賴于其中一線性軸的至少一軸位置，視情形，其也依賴于多個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)的線性軸的所有軸位置。 在這方面，第六或第七實(shí)施例將描述一個(gè)一般化的公式。優(yōu)選的是，每個(gè)補(bǔ)償值是根據(jù)依賴于位置的多個(gè)項(xiàng)的總和而形成，每個(gè)依賴于位置的項(xiàng)依賴于所述線性軸至少其中之一的軸位置。優(yōu)選的是，每個(gè)所述依賴于位置的項(xiàng)依賴于所述線性軸其中之一的軸位置與軸長度之比。優(yōu)選的是，每個(gè)補(bǔ)償值包括一個(gè)依賴于位置的項(xiàng)，其中該依賴于位置的項(xiàng)是針對所述補(bǔ)償值與其溫差成正比的線性軸。而且，每個(gè)補(bǔ)償值優(yōu)選的是還包括多個(gè)針對至少所述多個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)的線性軸的所有先前線性軸的多個(gè)依賴于位置的項(xiàng)。
當(dāng)所述第一線性軸是可在床身上移位的滑軌時(shí)，在確定所述第一補(bǔ)償值時(shí)，進(jìn)一步將另一個(gè)因子(APl-ALlA)/(AL1/2)納入考慮，其中APl是所述第一線性軸的軸位置， ALl是所述第一線性軸的軸長度。因此，對機(jī)床上熱漂移進(jìn)行的依賴于位置的熱補(bǔ)償也可以應(yīng)用于可移位的滑軌設(shè)置在床身上的線性軸，其中由于熱變形，所述床身可視情形成為弧形或變彎曲。為了提供一種可適用于具有在床身上的可移位的滑軌的線性軸的熱漂移的有利補(bǔ)償方式，在這種情形下，另一個(gè)因子將被使用以確保計(jì)算得到的用以補(bǔ)償床身上可移位滑軌的中央位置處的熱漂移的補(bǔ)償值是最低的。
優(yōu)選的是，確定一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值是在所述機(jī)床的數(shù)控裝置的位置控制器中或在所述機(jī)床的可編程邏輯控制器中進(jìn)行的。而且，根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化優(yōu)選的是在所述機(jī)床的數(shù)控裝置中進(jìn)行的。依賴于位置的補(bǔ)償值的計(jì)算必須以盡可能快的周期在機(jī)床的機(jī)床控制中執(zhí)行，其中，補(bǔ)償值的計(jì)算建議在位置控制器循環(huán)中在機(jī)床控制單元，即所謂的機(jī)床NC中進(jìn)行。
或者，計(jì)算也可以進(jìn)一步在機(jī)床PLC (在PLC，即機(jī)床的可編程邏輯控制器)中進(jìn)行。這樣，補(bǔ)償值將不再與位置控制器周期同步進(jìn)行計(jì)算，使得由于這些依賴于位置的項(xiàng)， 機(jī)床的快速移位運(yùn)動可能導(dǎo)致補(bǔ)償值的“領(lǐng)先”或“落后”。因此。在控制單元(即機(jī)床NC) 中計(jì)算補(bǔ)償值是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。然而，只要PLC周期不是顯著低于機(jī)床位置控制器周期，這些領(lǐng)先或落后影響是很小的。如果，例如，如在許多機(jī)床控制中那樣，的PLC周期較例如Ims 的NC位置控制器周期慢四被，即使在IOOm每分鐘的異常高的最大行進(jìn)速度的條件下，機(jī)床軸或多個(gè)機(jī)床軸也無法在細(xì)s內(nèi)移動超過6. 7mm。然而，在500mm的總軸長度情形下，這僅導(dǎo)致依賴于位置的補(bǔ)償值的最大1. 3%誤差，這樣，在機(jī)床PLC中計(jì)算這些補(bǔ)償值導(dǎo)致的誤差可以忽略，因?yàn)镻LC的速度小于NC的速度。
而且，如下所述，在此建議了一種用以補(bǔ)償機(jī)床上依賴于溫度的位置變化的裝置， 所述機(jī)床具有至少一第一線性軸。該裝置用以執(zhí)行上述介紹的任何一種或優(yōu)選的對機(jī)床上依賴于溫度的位置變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?。在這方面，基本上這些裝置將會描述如下，其被設(shè)置成用以執(zhí)行上述方法中的步驟或其優(yōu)選的方面。
根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)一步提供了一種用以根據(jù)上述介紹的方法中至少其中之一方法來補(bǔ)償機(jī)床上依賴于溫度的位置變化，所述機(jī)床具有至少一第一線性軸。所述創(chuàng)新裝置包括第一溫度偵測裝置、溫差獲取裝置、補(bǔ)償值確定裝置和位置改變補(bǔ)償裝置。第一溫度偵測裝置用以在所述機(jī)床的第一線性軸的第一溫度測量位置偵測至少一個(gè)第一溫度。溫差獲取裝置用以獲取第一參考溫度與所述第一溫度之間的第一溫差。補(bǔ)償值確定裝置用以根據(jù)所述第一溫差確定第一補(bǔ)償值。位置改變補(bǔ)償裝置用以根據(jù)所述第一補(bǔ)償值補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化。根據(jù)本發(fā)明，所述位置變化補(bǔ)償裝置設(shè)置成進(jìn)一步根據(jù)所述第一線性軸的軸位置確定所述第一補(bǔ)償值。
優(yōu)選的是，所述位置變化補(bǔ)償裝置還包括軸目標(biāo)位置修改裝置，用以根據(jù)所述第一補(bǔ)償值修改所述機(jī)床的第二線性軸的第一軸目標(biāo)位置值(視情形，進(jìn)一步適于根據(jù)所述補(bǔ)償值確定裝置確定的一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值來修改機(jī)床另外線性軸的另外軸目標(biāo)位置值)， 所述軸目標(biāo)位置修改裝置優(yōu)選的是被設(shè)置成用以根據(jù)所述第一線性軸的軸位置來執(zhí)行對所述第二線性軸的軸目標(biāo)位置的修改。而且，所述軸目標(biāo)位置修改裝置優(yōu)選的是被設(shè)置成用以根據(jù)機(jī)床的多個(gè)線性軸的軸位置(視情形，根據(jù)機(jī)床所有線性軸的軸位置)來修改機(jī)床多個(gè)線性軸的對應(yīng)軸目標(biāo)位置。
優(yōu)選的是，所述創(chuàng)新裝置進(jìn)一步包括第二溫度偵測裝置，用以在所述機(jī)床的第二線性軸的第三溫度測量位置偵測至少一第二溫度。所述溫差獲取裝置優(yōu)選的是進(jìn)一步設(shè)置成用以獲取第二參考溫度與所述第二溫度之間的第二溫差，所述位置變化補(bǔ)償裝置優(yōu)選的是進(jìn)一步設(shè)置成用以根據(jù)所述第二溫差確定第二補(bǔ)償值，以及優(yōu)選的是根據(jù)第一補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值來補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化。所述第二補(bǔ)償值優(yōu)選的是還根據(jù)所述第二線性軸的軸位置加以確定。
優(yōu)選的是，所述裝置進(jìn)一步包括第三溫度偵測裝置和/或第四溫度偵測裝置，所述第三溫度偵測裝置用以在所述第一線性軸的第二溫度測量位置偵測所述第一參考溫度， 所述第四溫度偵測裝置用以在所述第一線性軸的第四溫度測量位置偵測所述第二參考溫度。
優(yōu)選的是，用以確定一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值的所述補(bǔ)償值確定裝置被包括在所述機(jī)床的數(shù)控裝置的位置控制器中或被包括在所述機(jī)床的可編程邏輯控制器中。優(yōu)選的是，用以根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值來補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化的位置變化補(bǔ)償裝置被包括在所述機(jī)床的數(shù)控裝置中。
最后，根據(jù)本發(fā)明，提供一種系統(tǒng)，包括具有至少一第一線性軸的機(jī)床和根據(jù)上述介紹的其中之一裝置，該裝置用以根據(jù)上述介紹的至少其中之一創(chuàng)新方法來補(bǔ)償所述機(jī)床上依賴于溫度的位置變化。
總之，本發(fā)明提供了一種用以對機(jī)床上依賴于溫度的位置變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ê脱b置，其中該機(jī)床具有至少一線性軸。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明執(zhí)行一種改善的補(bǔ)償方法。這是因?yàn)?，除了獲取機(jī)床或線性軸的組件上的溫差意外，還根據(jù)機(jī)床的一個(gè)或多個(gè)線性軸的一個(gè)或多個(gè)軸位置來獲取依賴于位置的部分，使得這種補(bǔ)償額外地根據(jù)該位置而被執(zhí)行，與現(xiàn)有技術(shù)相比，這種補(bǔ)償被改善。
附圖簡要說明

圖1示意性的描繪機(jī)床的第一線性軸的可移位滑軌在均勻加熱影響下的情形以及由此造成的線性熱膨脹。
圖2示意性地描繪機(jī)床的一個(gè)組件(例如，滑軌)在非均勻加熱影響下的翹曲變形。
圖3描繪在發(fā)生非均勻加熱時(shí)的依賴于溫度的變形過程中，機(jī)床的第一線性軸的滑軌的依賴于位置的位置誤差。
圖4A和圖4B描繪發(fā)生非均勻加熱時(shí)的機(jī)床的兩個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)的線性軸的組件的熱變形。
圖5例示性地描繪發(fā)生非均勻加熱時(shí)的機(jī)床床身的依賴于溫度的變形。
圖6示意性地描繪根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于補(bǔ)償機(jī)床上依賴于溫度的位置變化的裝置。
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具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將結(jié)合附圖詳細(xì)介紹如下。然而，本發(fā)明不限于所描述的實(shí)施例。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求定義。在附圖中，實(shí)施例中相同或類似特征以同樣標(biāo)號表示。
圖1描繪了機(jī)床的第一線性軸Al的滑軌Si，其可以在“軸1”的方向上移位，長度為L，高度為H。如果均勻加熱或溫度變化，滑軌Sl會線性膨脹(在這方面，Sl表示處于未膨脹狀態(tài)下的滑軌，即，例如在一個(gè)特別的參考或基本溫度的狀態(tài)下，而Si’表示滑軌處于膨脹狀態(tài)下)，其中高度變化和線性變化分別計(jì)算如下 Δ L = α · L · Δ T (3) Δ H = α · H · Δ T (4) AL描述在均勻加熱下因溫度變化ΔΤ引起的長度變化，而α描述滑軌Sl的材料的熱膨脹系數(shù)。Δ H描述均勻加熱下或溫度上升Δ T引起的滑軌Sl的高度變化，而α是滑軌Sl材料的熱膨脹系數(shù)。
這樣，由于均勻加熱至溫度上升Δ Τ,導(dǎo)致機(jī)床滑軌或機(jī)床床身發(fā)生線性膨脹而造成熱生長。這部分線性膨脹等于組件的溫度上升ΔT乘以熱膨脹系數(shù)α。
另一部分熱生長產(chǎn)生于組件溫差，例如對機(jī)床組件的不均勻熱量輸入。早已如上所述，例如，驅(qū)動件和導(dǎo)引件一般安裝在組件的底面，這樣組件(例如機(jī)床滑軌)的該底面較頂面會被更加強(qiáng)烈和快速地加熱，這樣就會發(fā)生組件的單側(cè)加熱或不均勻加熱，其會導(dǎo)致組件翹曲，例如在圖2的示意圖中所示。
由于組件的頂面和低面的不同加熱(其溫度變化分別描述為ΔΤ-和 ATbottom), 滑軌Sl的頂面和底面在其縱向上會出現(xiàn)非均勻膨脹，從而造成翹曲，如圖2所示。
在這方面，滑軌Sl的頂面的長度成為 Ltop = L+ α · L · Δ Ttop(5) 溫度變化后，滑軌Sl的底面的長度成為 Lbottom — L+ ct · L · Δ Tbottom (6) 滑軌Sl的翹曲可利用半徑R來描述，如圖2，其中下列關(guān)系成立 R/Lrottom — (R-H) /Ltop(7) 解方程，求得R如下 R — H · LBOTTOm/ (Lbottom_Ltop) (8) 然而，在這個(gè)方法中，如此變形的滑軌Sl不再沿機(jī)床的線性軸“軸1”的方向做線性運(yùn)動，而是例如如圖3所示，做弧線運(yùn)動。因此，熱位移或熱位置誤差的一部分發(fā)生在垂直于第一線性軸(“軸1”的箭頭方向)的方向，即第二線性軸的方向(“軸2”的箭頭方向)，該部分從一個(gè)依賴于位置(在此是以IOum作為一個(gè)例子)的基本值開始，再加上一個(gè)依賴于其滑動位置的值。位置誤差為IOum是作為最小軸位置時(shí)的一個(gè)例子，即軸位置與軸長度之比為零，而位置誤差為30um，即最大軸位置誤差，是作為最大軸位置時(shí)的一個(gè)例子， 即軸位置與軸長度之比為1。
下面描述的第一實(shí)施例介紹了本發(fā)明是如何成功地補(bǔ)償滑軌Sl這種變形。
第一實(shí)施例 根據(jù)本發(fā)明，機(jī)床軸的這種熱量導(dǎo)致的位移是通過一種關(guān)聯(lián)方式進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?，其中補(bǔ)償值不僅根據(jù)一個(gè)測量的溫度值加以確定，其還根據(jù)對刀具和/或工件的位置產(chǎn)生影響的軸的軸位置加以確定。
按照圖3中描述的第一線性軸Al的熱變形滑軌Si，其滑軌Sl可在“軸1”的方向上移位，在第一線性軸方向上的依賴于位置的補(bǔ)償不需要強(qiáng)制要求確定，這是因?yàn)榛壸冃沃饕前l(fā)生在垂直于第一線性軸Al的方向(“軸2”的箭頭方向)上(在圖3中，Sl表示處于未變形狀態(tài)的滑軌，即TKE_E = Tbase條件下的狀態(tài)；Si’表示滑軌移動到軸位置(Al) 與軸長度(Al)之比等于1時(shí)的位置的變形狀態(tài)，其變形是依賴于溫度；S”表示滑軌移動到軸位置(Al)與軸長度(Al)之比等于零時(shí)的位置的變形狀態(tài)，其變形是依賴于溫度)。
這樣，在軸1方向上進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償值ΔΑ1可計(jì)算如下 ΔΑ1 = (Teefeeence-Tbase) · K_ll(9) 這對應(yīng)現(xiàn)有技術(shù)中的補(bǔ)償方法，因?yàn)樵谟?jì)算補(bǔ)償值ΔΑ1時(shí)，僅僅考慮補(bǔ)償因子 κ_11和溫差T E-TBASE，其中溫差T E-TBASE描述圖3中滑軌Sl的頂面與底面之間的
iS差ο 然而，在第一線性軸Al的垂直方向上的位置誤差依賴于滑軌Sl的熱變形導(dǎo)致的位置，在這種情形下，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的做法是通過計(jì)算依賴于位置的補(bǔ)償值來進(jìn)行補(bǔ)償。在這方面，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，按照等式(10)計(jì)算補(bǔ)償值ΔΑ2，用以補(bǔ)償?shù)诙S線A2(例如，垂直于第一線性軸Al)方向上的熱位移導(dǎo)致的第一位置誤差。
ΔΑ2 = (Teefeeence-Tbase) · [K_21+K_22 ·(軸位置(Al)/軸長度(Al))] (10) 在此，補(bǔ)償值的計(jì)算又基于溫gT_E-TBASE。另外，為計(jì)算補(bǔ)償值ΔΑ2，要計(jì)算第一線性軸Al的軸位置與第一線性軸Al的軸長度之比，該比例采用補(bǔ)償因子1(_22進(jìn)行加權(quán)處理，這樣就在計(jì)算補(bǔ)償值ΔΑ2時(shí)考慮了該比例。而且，通過額外的補(bǔ)償因子K_21，補(bǔ)償值Δ Α2也包括有依賴于位置的那部分補(bǔ)償值。因此，通過考慮第一線性軸Al的軸位置， 即，使滑軌Sl在“軸1”的箭頭方向上產(chǎn)生位移的那個(gè)線性軸的位置，圖3所示的位置偏移可被成功補(bǔ)償。第二實(shí)施例 從圖3中可看出，當(dāng)在“軸1”的箭頭方向上產(chǎn)生位移時(shí)，由于熱翹曲，滑軌Sl進(jìn)行弧線運(yùn)動。因此，對于補(bǔ)償值ΔΑ2的依賴于位置的那一項(xiàng)，不是線性地考慮第一軸Al的軸位置與第一軸Al的軸長度之比，而是考慮該比例的平方，則可以進(jìn)一步提高第一實(shí)施例中的補(bǔ)償?shù)木?。這樣，被改善的補(bǔ)償值根據(jù)下列方程式(11)和(1 計(jì)算 Δ Al = (Tkefekence-Tbase) ·Κ_11(11) ΔΑ2 = (Teefeeence-Tbase) · [K_21+K_22 ·(軸位置(Al)/軸長度(Al))2] (12) 根據(jù)第一和第二實(shí)施例計(jì)算補(bǔ)償值ΔA2之后，通過疊加該補(bǔ)償值至第二軸的目標(biāo)軸位置(其在“軸2”的箭頭方向使例如工件產(chǎn)生位移)并根據(jù)該計(jì)算得到的補(bǔ)償值ΔΑ2 修正該位置，這樣可以根據(jù)計(jì)算得到的補(bǔ)償值ΔΑ2來補(bǔ)償熱位移。優(yōu)選的是，這種補(bǔ)償是在機(jī)床控制例如機(jī)床NC中執(zhí)行。
第三實(shí)施例 如果像很多現(xiàn)有的機(jī)床那樣，工件的位置是由多個(gè)互為基礎(chǔ)且具有單側(cè)可變投影(one sided and changeable projection)的軸確定，互為基礎(chǔ)的軸的組件的變形影響將會相互疊加。
因此，熱位移不僅產(chǎn)生于一個(gè)軸的組件上的影響，其還產(chǎn)生于所涉及的軸的所有組件上的影響的疊加。詳細(xì)而言，刀具或工件上的熱位移是根據(jù)對刀具和工件位置有影響的所有運(yùn)動軸的軸位置，利用組件上的溫差來確定。
關(guān)于本發(fā)明的第三實(shí)施例，以兩個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)的線性軸Al和A2(示意性地描繪于圖4A和圖4B)為例來討論，其中機(jī)床的第二線性軸A2的可移動組件S2可移動地設(shè)在機(jī)床的第一線性軸Al的可移動組件Sl上。在此，第一線性軸Al的組件Sl可在“軸1”的箭頭方向上移位，第二線性軸的組件S2可在“軸2”的箭頭方向上移位。
在每一個(gè)組件Sl和S2上一側(cè)的第一測量位置偵測溫度，并在每一組件Sl和S2 上相反一側(cè)的第二測量位置偵測溫度，其中根據(jù)測到的對應(yīng)組件兩側(cè)的溫度值確定對應(yīng)組件的溫差。然而，本發(fā)明并不限于在一個(gè)軸上測量兩個(gè)溫度值。對多個(gè)軸偵測一個(gè)基本溫度(例如，環(huán)境溫度)，而在每個(gè)軸上僅偵測一個(gè)溫度以獲得各自相對于基本溫度的溫差， 這樣也是可能的。同樣，在一個(gè)軸上偵測多于兩個(gè)的溫度值也是可能的。
圖4A和圖4B例示性地描繪出，在第一線性軸Al的組件Sl上的頂面?zhèn)蓽y溫度值 TY, T0P,在其底面?zhèn)蓽y溫度值Τγ, βοττομ,根據(jù)這兩個(gè)溫度值得到溫差Τγ, βοττομ-Τυ, τορ,該溫差表明第一線性軸Al的組件Sl的頂面和底面之間存在非均勻加熱。同理，在第二軸Α2的組件S2 的背面?zhèn)蓽y一個(gè)溫度測量值Tz, ΕΕΑΕ,在其正面?zhèn)蓽y一個(gè)溫度測量值Tz, FE0NT,根據(jù)這兩個(gè)溫度值確定溫差Tz,KEAK-Tz,FraT，其表明第二線性軸A2的組件S2存在非均勻加熱。
如圖4A和圖4B所示，第一線性軸Al的組件Sl和第二線性軸A2的組件S2的這種溫差分別導(dǎo)致各自組件的翹曲或熱變形，在各軸Al和A2沿“軸1，，和“軸2”的位移后， 這些翹曲或熱變形導(dǎo)致可選擇地夾持在刀具夾持裝置W中的刀具的熱漂移。
在圖4A和圖4B中，Sl表示第一線性軸Al的組件處于未翹曲的情形，即在TY,BQTTOM =TY,T0P的條件下；Si’表示第一線性軸Al的組件在軸線位置(Al)與軸線長度(Al)之比等于零的移動位置處依賴于溫度的翹曲的例示性狀態(tài)；Si”表示第一線性軸Al的組件在軸線位置(Al)與軸線長度(Al)之比等于1的移動位置處依賴于溫度的翹曲的例示性狀態(tài)。 在圖4Α和圖4Β中，S2表示第二線性軸Α2的組件處于未翹曲的情形，即在TZ，REAR = TZ, FRONT的條件下；S2’表示第二線性軸A2的組件在軸線位置(A2)與軸線長度(A2)之比等于零的移動位置處依賴于溫度的翹曲的例示性狀態(tài)；S2”表示第二線性軸A2的組件在軸線位置(A2)與軸線長度(A2)之比等于1的移動位置處依賴于溫度的翹曲的例示性狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，根據(jù)下列方程式(13)和(14)，為軸Al和軸A2分別獲得補(bǔ)償值ΔΑ1和補(bǔ)償值ΔΑ2。如上述描述的實(shí)施例中所述，這些補(bǔ)償值可被用于修正或疊加軸Al和軸A2的軸目標(biāo)位置，以補(bǔ)償?shù)毒邐A持裝置W中上的刀具的熱位移。
Δ Al = (Τγ,Β0ΤΤ0Μ_ΤΥ,Τ0Ρ) · [Κ_110+Κ_111 ·(軸位置(Al)/軸長度(Al)) ] + (Τ雇_TZ, front) · [K_120+K_122 ·(軸位置(A2)/軸長度(A2))] (13) ΔΑ2 = (Τγ, Β0ΤΤ0Μ-ΤΥ, Τ0Ρ) · [Κ_210+Κ_211 ·(軸位置(Al)/軸長度(A1))]++(TZ, EEAR-TZ, front) · [K_220+K_222 ·(軸位置(A2)/軸長度(A2))] (14) 在這方面，根據(jù)第三實(shí)施例，每個(gè)補(bǔ)償值ΔΑ1和ΔΑ2都是根據(jù)求和計(jì)算得到，其中第一被加數(shù)與第一線性軸Al的溫差成正比，即與TY, bottom-Ty, top成正比，而第二被加數(shù)與第二線性軸A2的組件S2上的溫差成正比，即與Tz,keak-Tz,fkqnt成正比。
而且，每個(gè)被加數(shù)包括與位置無關(guān)的部分以及依賴于位置的部分，其中與位置無關(guān)的部分在補(bǔ)償值ΔΑ1中是由補(bǔ)償因子1(_110和1(_120來表明，而依賴于位置的部分是利用補(bǔ)償因子1111和1(_122進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化(normalized)處理。在第二線性軸A2的補(bǔ)償值 Δ A2中，與位置無關(guān)的部分所對應(yīng)的補(bǔ)償因子是1(_210和Κ_220，而依賴于位置的部分對應(yīng)的補(bǔ)償因子分別由Κ_211和Κ_222進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。
而且，每個(gè)依賴于位置的部分包含軸位置與軸長度之比。在這方面，與第一線性軸 Al的溫差成正比的被加數(shù)，例如依賴于第一線性軸Al的軸位置，與第二線性軸Α2的溫差成正比的被加數(shù)，例如依賴于第二線性軸的軸位置。從等式(13)和(14)可以看出，在本實(shí)例中，例示性地選擇了軸位置與軸長度之比這個(gè)無量綱的參數(shù)。如第二實(shí)施例中例示性地描述，使用軸位置與軸長度之比的平方以進(jìn)一步改善對依賴于溫度的漂移的熱補(bǔ)償也是可能的。而且，方程式(1 和(14)也可以有利地用于不是串聯(lián)互為基礎(chǔ)的多個(gè)軸上。
第四實(shí)施例 第四實(shí)施例提出了對串聯(lián)互為基礎(chǔ)的多個(gè)軸中的熱漂移的補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)一步改善。在上述第三實(shí)施例中，分別計(jì)算針對第一線性軸Al和第二線性軸A2的補(bǔ)償值ΔΑ1和ΔΑ2， 使得形成被加數(shù)，在這些被加數(shù)中，與第一線性軸Al的溫差成正比的因子對第一線性軸Al 的軸位置具有依賴性，而與第二線性軸A2的第二溫差成正比的項(xiàng)對第二線性軸的軸位置具有依賴性。
然而，進(jìn)一步改善對依賴于溫度的漂移的補(bǔ)償可以這樣做，對于與第一線性軸Al 的溫差成正比，即與溫差Ty,mttom_Ty,top成正比的那些項(xiàng)，在計(jì)算補(bǔ)償值ΔΑ1時(shí)，通過利用另一個(gè)補(bǔ)償因子K_112將第二線性軸A2的軸位置進(jìn)一步納入考慮。而且，對于與第一線性軸 Al的溫差成正比的那一項(xiàng)，在計(jì)算補(bǔ)償值ΔΑ2時(shí)，可以通過利用補(bǔ)償因子Κ_211考慮第一線性軸Al的軸位置，并同時(shí)通過利用補(bǔ)償因子Κ_212考慮第二線性軸Α2的軸位置。
這些如下列方程式(15)和(16)所示 Δ Al = (Τγ,Β0ΤΤ0Μ_ΤΥ,Τ0Ρ) · [Κ_110+Κ_111 ·(軸位置(Al)/軸長度(Al))+K_112 (軸位置(A2)/軸長度(A2))] + + (Tz,薩-Tz, FE0NT) · [Κ_120+Κ_122 ·(軸位置(A2) / 軸長度(A2))] (15) ΔΑ2 = (Ty,bqttqm-Ty,top) · [K_210+K_211 ·(軸位置(Al)/ 軸長度 (Al))++K_212 ·(軸位置(Α2)/軸長度(Α2))] + + (Tz,薩-Tz, FE0NT) · [Κ_220+Κ_222 ·(軸位置(A2) / 軸長度(A2))] (16) 這樣，對于與多個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)的軸中的一個(gè)垂直軸的溫差成正比的項(xiàng)，不僅該垂直軸的軸位置被考慮，其他基于該垂直軸的軸的軸位置都被納入考慮。如此，依賴于溫度的位移得以補(bǔ)償。
這可以更進(jìn)一步改善這種補(bǔ)償，因?yàn)榧词乖跍夭頣z,keak-Tz,fmt等于零的情形下 (此時(shí)第二線性軸A2的組件S2未變形)，工件仍然會因組件Sl的變形造成的傾斜而發(fā)生移位，這種移位可依賴于第二線性軸A2的軸位置。
例如，在線性軸Al和A2的所有組件的未變形狀態(tài)下，第二線性軸A2的組件S2的移位不會讓工件在“軸1”的箭頭方向上發(fā)生位移。然而，如果只是第一線性軸Al的組件 Sl發(fā)生了變形，其可能導(dǎo)致線性軸A2的傾斜，組件S2的位置變化可能仍然會造成工件在 “軸1”的箭頭方向上的移位。因此，在與第一線性軸Al的第一組件Sl的溫差相關(guān)的那一項(xiàng)中，當(dāng)將對第二軸A2的軸位置的這種位置依賴性也納入考慮后，對依賴于溫度的位移補(bǔ)償可以被改善。
第五實(shí)施例 為了進(jìn)一步改善對刀具或工件的依賴于溫度的漂移所作的熱補(bǔ)償，本第五實(shí)施例建議，針對圖4中的兩個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)的線性軸Al和A2中的任何一個(gè)軸，計(jì)算補(bǔ)償值Δ Al 和ΔΑ2，每個(gè)補(bǔ)償值包括兩個(gè)被加數(shù)，每個(gè)被加數(shù)與其中一個(gè)溫差成正比，且每個(gè)軸線Al 和Α2的軸位置在每個(gè)被加數(shù)中都被考慮。
為了這個(gè)目的，如下列等式(17)和(18)所述，總之，補(bǔ)償因子Κ_110、Κ_120、Κ_210 和Κ_220用于對應(yīng)的與位置不相關(guān)的部分，其他補(bǔ)償因子K_lll、Κ_112、Κ_121、Κ_122、 Κ_211、Κ_212、Κ_221和Κ_222用于依賴于位置的部分。這些補(bǔ)償因子可例如通過模擬或?qū)嶒?yàn)的方式加以確定，他們的大小依賴于對應(yīng)項(xiàng)的影響。詳細(xì)而言，如果一項(xiàng)或多個(gè)項(xiàng)幾乎不或根本不造成熱位移，則這一個(gè)或多個(gè)項(xiàng)可以為零或近似為零。
Δ Al = (Τγ,Β0ΤΤ0Μ_ΤΥ,Τ0Ρ) · [Κ_110+Κ_111 ·(軸位置(Al)/軸長度(Al))+K_112 (軸位置(A2)/ 軸長度(A2))] + (TZjEEAE-TZj feont) · [K_120+K_121 ·(軸位置(Al)/ 軸長度 (Al))+K_122 ·(軸位置(A2)/軸長度(A2))] (17) ΔΑ2 = (Τγ,Β0ΤΤ0Μ-ΤΥ,Τ0Ρ) · [Κ_210+Κ_211 ·(軸位置(Al)/軸長度(Al))+K_212 (軸位置(A2)/ 軸長度(A2))] + (Tz,keak-Tz,fkqnt) · [Κ_220+Κ_221 ·(軸位置(Al) / 軸長度 (Al))+K_222 ·(軸位置(A2)/軸長度(A2))] (18) 第六實(shí)施例 在第六實(shí)施例中，公式是針對于包括N個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)的軸Al至AN的結(jié)構(gòu)，其中依賴于溫度的位移的補(bǔ)償與第四實(shí)施例類似，即，在針對軸Al至AN其中之一的補(bǔ)償值的每一項(xiàng)中，與溫差對應(yīng)的軸的軸位置和基于該軸的所有軸的軸位置都被納入考慮。
在這方面，公式(19)至描述了針對第一線性軸Al的補(bǔ)償值ΔΑ1的計(jì)算，該計(jì)算是將針對線性軸Al至AN中的每個(gè)軸的被加數(shù)Δ All至Δ AlN加總起來。
Δ All = (Tkefekencei1-Tbasei1) · [K_110+K_lll ·(軸位置(Al)/ 軸長度 (Α1))+Κ_112·(軸位置(Α2)/軸長度(Α2))+...+Κ_11Ν·(軸位置(AN)/軸長度(AN))] (19) ΔA12 = (Tkefekence,2_TBASE,2) · [K_120+K_122 ·(軸位置(Α2)/ 軸長度 (Α2))+... +K_l IN ·(軸位置(AN) / 軸長度(AN))] (20) ΔΑ1Μ = (Τ臓·E,M-TBASE,M) · [K_lM0+K_mM·(軸位置(AM)/ 軸長度 (AM))+. .. +K_mN ·(軸位置(AN)/ 軸長度(AN))]
17 等式04)至08)描述了針對軸AN的補(bǔ)償值ΔΑΝ的計(jì)算c
REFERENCE, Δ ANl = (Τ Ν12·(軸位置(Α2)/軸長度(Α2))+. Δ ΑΝ2 = (Τ NlN -(軸位置(AN)/軸長度(AN))] ΔΑΝΜ = (Τ NMN ·(軸位置(AN) /軸長度(AN))] Δ ANN = (Τ
-Tbase,i) · [Κ_Ν10+Κ_Ν11 ·(軸位置(Al) / 軸長度(Al))+K_ +K_N1N ·(軸位置(AN) / 軸長度(AN))] (24)
REFERENCE,2-TBASE,2) · [K_N20+K_N22 ·(軸位置(A2) / 軸長度(A2))+... +K_
(25)
REFERENCE,Μ-TBASE,Μ) · [Κ_ΝΜ0+Κ_ΝΜΜ ·(軸位置(AM) / 軸長度(AM))+. .. +K_
(26)
-T
REFERENCE, N 1BASE, N
)· [Κ_ΝΝ0+Κ_ΝΝΝ ·(軸位置(ΑΝ)/軸長度(AN))] (27)
ΔΑΝ = Δ ANl+ Δ ΑΝ2+. . . +Δ ANM+. . . + Δ ANN
(28) 第七實(shí)施例 類似于第五實(shí)施例的兩個(gè)互為基礎(chǔ)的線性軸Al和Α2，下列方程式是針對N個(gè)線性互為基礎(chǔ)的線性軸Al至AN的一般情形。
在這方面，方程式09)至(3 描述了針對第一線性軸Al的補(bǔ)償值ΔΑ1的計(jì)算。 方程式(34)至(38)描述了針對第N線性軸AN的補(bǔ)償值ΔΑΝ的計(jì)算。在本第七實(shí)施例和在前面的第六實(shí)施例中，參數(shù)M是一個(gè)滿足M>1且Μ<Ν的自然數(shù)。
ΔΑ11 = (T—ncuU · [Κ_110+Κ_111 ·( (Α1))+Κ_112·(軸位置(A2)/軸長度(Α2))+···+Κ_11Ν·
ΔΑ12 = (Τ
-T
REFERENCE, 2 1BASEJ
(29)
)· [K_120+K_121 ·(
(Al))+K_122 ·(軸位置(A2)/ 軸長度(A2))+. · · +K_12N
軸位置(Al)/軸長度 (軸位置(AN)/軸長度(AN))]
軸位置(Al)/軸長度 (軸位置(AN)/軸長度(AN))] Δ AIM = (Τ
(30)
-T ,
REFERENCE, M 1BASE, M^
Μ) · [Κ_1Μ0+Κ_1Μ1 (軸位置(Al)/ 軸長度 (Al)) +K_1M2 ·(軸位置(A2) / 軸長度(A2))+... +Κ_1ΜΝ ·(軸位置(AN) / 軸長度(AN))]
Δ AlN = (Τ
-T
REFERENCE, N 1BASE, N-
(Al)) +Κ_1Ν2 ·(軸位置(Α2)/ 軸長度(A2))+. .. +K_1NN (32) Δ Al = ΔΑ11+ΔΑ12+. . . +ΔΑ1Μ+. . . +ΔΑ1Ν (33)
(31)
)· [Κ_1Ν0+Κ_1Ν1 (軸位置(Al)/ 軸長度
(軸位置(AN)/軸長度(AN))]
18 Δ ANl = (Teefeeence,!-Tbasej1) · [Κ_Ν10+Κ_Ν11 ·(軸位置(Al) / 軸長度(Al))+K_ N12 ·(軸位置(A2) / 軸長度(A2))+... +KJlN ·(軸位置(AN) / 軸長度(AN))] (34) ΔΑΝ2 = (Tkefekence,2_TBASE,2) · [K_N20+K_N21 ·(軸位置(Al) / 軸長度(Al))+K_ N22 ·(軸位置(A2) / 軸長度(A2))+... +K_N2N ·(軸位置(AN) / 軸長度(AN))] (35) Δ AIM = (Teefeeence, m_Tbase, m) · [K_NM0+K_NM1 ·(軸位置(Al) / 軸長度(Al)) +K_ 匪2 ·(軸位置(A2) /軸長度(A2))+... +K_NMN ·(軸位置(AN) /軸長度(AN))] (36) Δ AlN = (Teefeeence, n_Tbase, n) · [K_NN0+K_NN1 ·(軸位置(Al) / 軸長度(Al)) +K_ ΝΝ2 ·(軸位置(Α2) / 軸長度(A2))+... +K_NNN ·(軸位置(AN) / 軸長度(AN))] (37) ΔΑΝ = Δ ANl+ Δ ΑΝ2+. · · + Δ AW+. . . + Δ ANN (38) 第八實(shí)施例 根據(jù)第八實(shí)施例，其描述了一個(gè)針對例如圖5的情形的補(bǔ)償值的不同的計(jì)算。其中，在圖5中，一個(gè)軸不是在一側(cè)具有投影的線性軸形成，而是，例如，就像圖5中的軸Al那樣，其是一個(gè)可在床身MB上移位的復(fù)合滑軌K。
在這方面，當(dāng)計(jì)算一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值時(shí)，鑒于在第八實(shí)施例中的熱位移的位置依賴性被改變了，建議進(jìn)一步針對這個(gè)被改變的位置依賴性考慮一個(gè)修正因子，例如，等式 (41)中的修正因子KFAl。
這樣，與設(shè)置在床身MB上的線性軸成正比的至少一個(gè)補(bǔ)償值的被加數(shù)被乘以這個(gè)修正因子KFAl。
而且，該修正因子KFA是針對對應(yīng)的線性軸而被加入。例如KFAl針對第一線性軸 Al，優(yōu)選的是其也針對被對應(yīng)補(bǔ)償因子標(biāo)準(zhǔn)化的對應(yīng)位置依賴性，例如K_lll和Κ_Μ11，而不是軸位置與軸長度之比。
Δ All = (Teefeeence,rTBASEa) · [K_110+K_lll · KFAl+ +Κ_112 ·(軸位置(Α2)/ 軸長度(Α2))+. .. +Κ_11Ν ·(軸位置(AN)/ 軸長度 (AN)) ] · KFAl (39) Δ AIM = (Teefeeence, M-TBASE,M) · [K_M10+K_M11 · KFAl+ +K_M12 ·(軸位置(A2)/ 軸長度(A2))+. .. +K_M1N ·(軸位置(AN)/ 軸長度(AN))] (40) KFAl =(軸位置(Al)-(軸長度(Al)/2)) / (軸長度(Al)/2) (41) 因此，對依賴于溫度的位移的創(chuàng)新補(bǔ)償可有利地用于這樣的結(jié)構(gòu)，S卩，在床身上可移位的復(fù)合滑軌例如用作一個(gè)軸。
圖6示意性的描繪一個(gè)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的補(bǔ)償裝置100，用以對機(jī)床上依賴于溫度的位置變化進(jìn)行補(bǔ)償。機(jī)床具有一個(gè)或多個(gè)線性軸。該裝置100包括一個(gè)接口101、溫差獲取裝置102、補(bǔ)償值確定裝置103和位置變化補(bǔ)償裝置104。其中，接口 101連接至用以在特定溫度測量位置偵測溫度的一個(gè)或多個(gè)溫度偵測裝置、機(jī)床線性軸以及機(jī)床的控制器(例如機(jī)床NC或機(jī)床PLC)。溫差獲取裝置102用于獲取第一參考溫度與第一溫度之間的第一溫差。補(bǔ)償值確定裝置103用于根據(jù)溫差獲取裝置102得到的多個(gè)溫差值確定一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值.位置變化補(bǔ)償裝置104用以根據(jù)這些補(bǔ)償值來補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化。在這方面，位置變化補(bǔ)償裝置104還適于根據(jù)線性軸的一個(gè)或多個(gè)軸位置來確定一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值。通過接口來讀取例如軸位置也是可能的。裝置100適于例如根據(jù)上述介紹的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例對機(jī)床上依賴于溫度的漂移進(jìn)行補(bǔ)償 總之，本發(fā)明描述了對機(jī)床上刀具或工件上的熱量導(dǎo)致的漂移的一種關(guān)聯(lián)補(bǔ)償。 這種漂移是由于機(jī)床機(jī)架組件的變形引起，而這種變形是產(chǎn)生于例如導(dǎo)引件或驅(qū)動件的單側(cè)熱量輸入造成的非均勻加熱或其他效應(yīng)。在此，為了確定一個(gè)補(bǔ)償值，優(yōu)選的是使用軸位置與軸長度之比，其用于計(jì)算補(bǔ)償值的依賴于位置的一部分。為此，優(yōu)選的是，依賴于位置的該部分也針對與線性軸運(yùn)動方向垂直的方向上加以確定。具有串聯(lián)運(yùn)動的機(jī)床包括有多個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)的軸，對于這類機(jī)床，優(yōu)選的是，使用所有軸的軸位置與軸長度之比來確定針對所有空間方向的補(bǔ)償值的部分。用于補(bǔ)償熱量導(dǎo)致的變形的補(bǔ)償值，視情形，與另外的補(bǔ)償部分疊加，這些另外的補(bǔ)償部分例如用于補(bǔ)償因轉(zhuǎn)動軸比如馬達(dá)主軸導(dǎo)致的漂移。
優(yōu)選的是，例如是在控制單元，即機(jī)床NC或PLC中以盡可能快的周期進(jìn)行補(bǔ)償值的計(jì)算。優(yōu)選的是，這些根據(jù)位置計(jì)算的補(bǔ)償值將被機(jī)床NC疊加至軸的對應(yīng)軸目標(biāo)值，或者根據(jù)這些計(jì)算得到的補(bǔ)償值修正這些軸目標(biāo)值。
因此，本發(fā)明提供了一種方法，使得對機(jī)床上熱漂移的補(bǔ)償優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)中的補(bǔ)償。這是因?yàn)椋谟?jì)算補(bǔ)償值時(shí)，除了考慮機(jī)床上一個(gè)或多個(gè)軸的組件上的一個(gè)或多個(gè)溫差之外，機(jī)床的軸的一個(gè)和多個(gè)軸位置也被納入考慮。因此，根據(jù)位置以一種有利的方式進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
權(quán)利要求
1.一種對機(jī)床上依賴于溫度的位置變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?，其中所述機(jī)床具有至少一個(gè)第一線性軸，包括-在所述機(jī)床的第一線性軸的第一溫度測量位置偵測至少一第一溫度； -獲得第一參考溫度和所述第一溫度之間的第一溫差； -根據(jù)所述第一溫差確定第一補(bǔ)償值；以及 -根據(jù)所述第一補(bǔ)償值補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化， 其特征在于所述第一補(bǔ)償值還根據(jù)所述第一線性軸的軸位置確定。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一補(bǔ)償值包括與位置不相關(guān)的部分和依賴于位置的部分，所述依賴于位置的部分至少依賴于所述第一線性軸的軸位置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一補(bǔ)償值是根據(jù)所述第一線性軸的軸位置與所述第一線性軸的軸長度之比來確定。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一補(bǔ)償值是根據(jù)所述第一線性軸的軸位置與所述第一線性軸的軸長度之比的平方來確定。
5.如權(quán)利要求1至4中至少任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在根據(jù)所述第一補(bǔ)償值對依賴于溫度的位置變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)倪^程中，依賴于溫度的位置變化在與所述第一線性軸方向垂直的方向上被補(bǔ)償。
6.如權(quán)利要求1至5中至少任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在根據(jù)所述第一補(bǔ)償值對依賴于溫度的位置變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)倪^程中，依賴于溫度的位置變化在所述機(jī)床第二線性軸的方向上被補(bǔ)償。
7.如權(quán)利要求1至6中至少任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化還包括根據(jù)所述第一補(bǔ)償值修改所述機(jī)床的第二線性軸的第一軸目標(biāo)位置值，修改所述第二線性軸的第一軸目標(biāo)位置是根據(jù)所述第一線性軸的軸位置而進(jìn)行的。
8.如權(quán)利要求1至7中至少任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于-在所述機(jī)床的第二線性軸的第三溫度測量位置偵測至少一個(gè)第二溫度； -獲取第二參考溫度與所述第二溫度之間的第二溫差；以及 -根據(jù)所述第二溫差確定第二補(bǔ)償值；其中，依賴于溫度的位置變化根據(jù)所述第一補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值被進(jìn)行補(bǔ)償； 所述第二補(bǔ)償值進(jìn)一步根據(jù)所述第二線性軸的軸位置而確定。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化還包括根據(jù)所述第一補(bǔ)償值修改所述機(jī)床第二線性軸的第一軸目標(biāo)位置值，以及根據(jù)所述第二補(bǔ)償值修改所述機(jī)床第一線性軸的第二軸目標(biāo)位置值，修改所述第二線性軸的軸目標(biāo)位置是根據(jù)所述第一線性軸的軸位置而進(jìn)行的，修改所述第一線性軸的軸目標(biāo)位置是根據(jù)所述第二線性軸的軸位置而進(jìn)行的。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述第一參考溫度是在所述第一線性軸的第二溫度測量位置測量到的溫度和/或第二參考溫度是在所述第二線性軸的第四溫度測量位置測量到的溫度。
11.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述第二參考溫度等于所述第一參考溫度，進(jìn)一步而言，其等于在所述機(jī)床的參考溫度測量位置偵測到的參考溫度或等于依賴于所述機(jī)床的環(huán)境溫度的參考溫度。
12.如權(quán)利要求8至11中至少其中一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述機(jī)床的第一和第二線性軸是兩個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)的軸，其在一側(cè)具有投影，所述第二線性軸基于所述第一線性軸，所述第一補(bǔ)償值還根據(jù)所述第二線性軸的軸位置而確定。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述第二補(bǔ)償值還根據(jù)所述第一線性軸的軸位置而確定。
14.如權(quán)利要求8至13中至少其中一項(xiàng)所述的方法，其特征在于-根據(jù)所述第一溫差確定第三補(bǔ)償值；以及-根據(jù)所述第二溫差確定第四補(bǔ)償值；其中，依賴于溫度的位置變化在所述第一線性軸的方向上根據(jù)所述第三補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值被進(jìn)行補(bǔ)償，依賴于溫度的位置變化在所述第二線性軸的方向上根據(jù)所述第一補(bǔ)償值和第四補(bǔ)償值被進(jìn)行補(bǔ)償，所述第三補(bǔ)償值還根據(jù)所述第一線性軸的軸位置而確定，所述第四補(bǔ)償值還根據(jù)所述第二線性軸的軸位置而確定。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化還包括根據(jù)所述第一補(bǔ)償值和第四補(bǔ)償值修改所述機(jī)床的第二線性軸的第一軸目標(biāo)位置值，以及根據(jù)所述第三補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值修改所述機(jī)床的第一線性軸的第二軸目標(biāo)位置值。
16.如權(quán)利要求1至15中至少其中一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述機(jī)床包括多個(gè)串聯(lián)互為基礎(chǔ)其具有一個(gè)投影的線性軸，其中，針對每個(gè)所述多個(gè)線性軸，在所述線性軸的溫度測量位置獲取至少一個(gè)溫度，并獲取對應(yīng)的參考溫度與對應(yīng)的獲取的溫度之間的對應(yīng)溫差；以及針對每個(gè)所述多個(gè)線性軸，確定一個(gè)總補(bǔ)償值，所述總補(bǔ)償值對應(yīng)多個(gè)補(bǔ)償值的總和， 這些補(bǔ)償值的數(shù)量等于所述串聯(lián)互為基礎(chǔ)的線性軸的數(shù)量，其中每個(gè)補(bǔ)償值與其中一個(gè)溫差成正比。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，每個(gè)補(bǔ)償值是根據(jù)依賴于位置的多個(gè)項(xiàng)的總和而形成，每個(gè)依賴于位置的項(xiàng)依賴于所述線性軸其中之一的軸位置。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，每個(gè)所述依賴于位置的項(xiàng)依賴于所述線性軸其中之一的軸位置與軸長度之比。
19.如權(quán)利要求17或18所述的方法，其特征在于，每個(gè)個(gè)體補(bǔ)償值包括一個(gè)依賴于位置的項(xiàng)，其中該依賴于位置的項(xiàng)是針對所述補(bǔ)償值與其溫差成正比的線性軸，所述每個(gè)個(gè)體補(bǔ)償值還包括多個(gè)針對至少所述多個(gè)串聯(lián)結(jié)構(gòu)線性軸的所有先前線性軸的多個(gè)依賴于位置的項(xiàng)。
20.如權(quán)利要求1至20中至少其中之一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一線性軸是可在床身上移位的滑軌，其中在確定所述第一補(bǔ)償值的步驟中，進(jìn)一步將因子 (APl-ALl/2)/(ALl/2)納入考慮，其中APl是所述第一線性軸的軸位置，ALl是所述第一線性軸的軸長度。
21.如權(quán)利要求1至20中至少其中之一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，確定一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值是在所述機(jī)床的數(shù)控裝置的位置控制器中或在所述機(jī)床的可編程邏輯控制器中進(jìn)行的。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化是在所述機(jī)床的數(shù)控裝置中進(jìn)行的。
23.一種裝置，用以根據(jù)權(quán)利要求1至22中至少其中之一項(xiàng)來補(bǔ)償機(jī)床上依賴于溫度的位置變化，所述機(jī)床具有至少一第一線性軸，所述裝置包括-第一溫度偵測裝置，用以在所述機(jī)床的第一線性軸的第一溫度測量位置偵測至少一個(gè)第一溫度；-溫差獲取裝置，用以獲取第一參考溫度與所述第一溫度之間的第一溫差；-補(bǔ)償值確定裝置，用以根據(jù)所述第一溫差確定第一補(bǔ)償值；以及-位置改變補(bǔ)償裝置，用以根據(jù)所述第一補(bǔ)償值補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化；其特征在于，所述位置變化補(bǔ)償值適于額外地根據(jù)所述第一線性軸的軸位置確定所述第一補(bǔ)償值。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述位置變化補(bǔ)償裝置還包括軸目標(biāo)位置修改裝置，用以根據(jù)所述第一補(bǔ)償值修改所述機(jī)床的第二線性軸的第一軸目標(biāo)位置值， 所述軸目標(biāo)位置修改裝置適于根據(jù)所述第一線性軸的軸位置來執(zhí)行對所述第二線性軸的軸目標(biāo)位置的修改。
25.如權(quán)利要求23或M所述的裝置，其特征還在于-第二溫度偵測裝置，用以在所述機(jī)床的第二線性軸的第三溫度測量位置偵測至少一第二溫度，其中所述溫差獲取裝置進(jìn)一步設(shè)置成用以獲取第二參考溫度與所述第二溫度之間的第二溫差，所述位置變化補(bǔ)償裝置進(jìn)一步設(shè)置成用以根據(jù)所述第二溫差確定第二補(bǔ)償值，以及依賴于溫度的位置變化根據(jù)所述第一補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值被補(bǔ)償，所述第二補(bǔ)償值還根據(jù)所述第二線性軸的軸位置而確定。
26.如權(quán)利要求23至25中至少其中一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于第三溫度偵測裝置和/或第四溫度偵測裝置，所述第三溫度偵測裝置用以在所述第一線性軸的第二溫度測量位置偵測所述第一參考溫度，所述第四溫度偵測裝置用以在所述第一線性軸的第四溫度測量位置偵測所述第二參考溫度。
27.如權(quán)利要求23至沈中至少其中一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，用以確定一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值的所述補(bǔ)償值確定裝置被包括在所述機(jī)床的數(shù)控裝置的位置控制器中或被包括在所述機(jī)床的可編程邏輯控制器中。
28.如權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，用以根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償值來補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化的位置變化補(bǔ)償裝置被包括在所述機(jī)床的數(shù)控裝置中。
29.—種系統(tǒng)，包括具有至少一第一線性軸的機(jī)床和根據(jù)權(quán)利要求23至觀中至少其中之一項(xiàng)所述的裝置，用以根據(jù)權(quán)利要求1至22中至少其中之一項(xiàng)所述的方法來補(bǔ)償所述機(jī)床上依賴于溫度的位置變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及用以補(bǔ)償機(jī)床上依賴于溫度的位置變化的方法和裝置，其中機(jī)床具有至少一線性軸。根據(jù)本創(chuàng)新方法，在所述機(jī)床的第一線性軸的第一溫度測量位置偵測至少一第一溫度，獲得第一參考溫度和所述第一溫度之間的第一溫差，根據(jù)所述第一溫差確定第一補(bǔ)償值，以及根據(jù)所述第一補(bǔ)償值補(bǔ)償依賴于溫度的位置變化。本發(fā)明的特征在于，所述第一補(bǔ)償值還根據(jù)所述第一線性軸的軸位置確定。
文檔編號B23Q17/09GK102198609SQ20111007346
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者尤杜·塔爾曼, 克里斯托弗·岑克 申請人:德克爾馬霍澤巴赫有限公司