一種數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)群控式誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)群控式誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)，包括機(jī)床誤差測量儀器、溫度傳感器、溫度數(shù)據(jù)采集卡、第一路由器、工控機(jī)和第二路由器；所述的工控機(jī)中內(nèi)嵌有群控誤差補(bǔ)償與監(jiān)控子系統(tǒng)，該群控誤差補(bǔ)償與監(jiān)控子系統(tǒng)包括誤差建模模塊、狀態(tài)監(jiān)控模塊和誤差補(bǔ)償模塊，所述的數(shù)控機(jī)床中內(nèi)嵌有二次界面子系統(tǒng)，該二次界面子系統(tǒng)包括通信模塊、機(jī)床參數(shù)存取模塊以及誤差補(bǔ)償實(shí)施模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過其各模塊之間的相互配合，實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)工控機(jī)上對多臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和狀態(tài)信息監(jiān)控的效果，批量提高了數(shù)控機(jī)床的加工精度，具有補(bǔ)償效率高、補(bǔ)償精度高、實(shí)現(xiàn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)群控式誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)，尤其是涉及一種數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)群控式誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空航天、精密儀器等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，人們對數(shù)控機(jī)床的精度的要求日益提高，精密和超精密加工技術(shù)逐漸成為了現(xiàn)代制造技術(shù)的研究重點(diǎn)。誤差補(bǔ)償技術(shù)自提出以來，因其能夠經(jīng)濟(jì)有效地提高機(jī)床精度，得到人們的廣泛的關(guān)注。此外，西門子840D數(shù)控系統(tǒng)是西門子公司開發(fā)的全數(shù)字化高度開放式數(shù)控系統(tǒng)，具有高度模塊化及規(guī)范化的結(jié)構(gòu)，代表著當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向，在中高檔機(jī)床中占據(jù)著很高的市場份額。所以，針對西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的中高檔機(jī)床誤差補(bǔ)償研究具有重要的科研意義和商業(yè)價(jià)值。
[0003]此外，隨著大規(guī)模制造業(yè)的不斷發(fā)展，人們不僅需要對單臺(tái)機(jī)床進(jìn)行誤差補(bǔ)償，還需要對生產(chǎn)線上多臺(tái)機(jī)床同時(shí)進(jìn)行誤差，以提高整個(gè)生產(chǎn)線的加工精度。如果把傳統(tǒng)的誤差補(bǔ)償方法簡單地運(yùn)用到生產(chǎn)線上的所有機(jī)床上，勢必會(huì)帶來較大的硬件支出，而且也不符合生產(chǎn)資料集中控制的管理需求。
[0004]經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，該領(lǐng)域里主要有楊建國等人申請了中國專利“基于機(jī)床外部坐標(biāo)系偏置的數(shù)控機(jī)床誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償器”(專利申請?zhí)?200410093428.1)和“用于高速精密加工的熱誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)及其補(bǔ)償方法”(專利申請?zhí)?201110001213.2)。上述專利文獻(xiàn)涉及到的數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償控制系統(tǒng)硬件執(zhí)行平臺(tái)多采用多單片機(jī)的并行處理結(jié)構(gòu)，通過機(jī)床I / O擴(kuò)展模塊與機(jī)床PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。這類誤差補(bǔ)償系統(tǒng)不僅硬件成本大，而且與數(shù)控機(jī)床連接過程繁復(fù)，工作量大，易于出錯(cuò)。進(jìn)一步文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，張毅等人2012年申請中國專利“基于網(wǎng)絡(luò)群控的誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)及補(bǔ)償方法”(專利申請?zhí)?201210559632.2)，該專利提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)群數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償方法，通過以太網(wǎng)端口或者PCMCIA以太網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)主控中心PC與多臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行通訊。但是，該方法涉及到的誤差補(bǔ)償系統(tǒng)只能適用于FANUC系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，由于西門子840D數(shù)控系統(tǒng)與FANUC數(shù)控系統(tǒng)差別較大，特別是外部零點(diǎn)偏移位的寫入方式差別很大，該方法及系統(tǒng)在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)中無法實(shí)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種補(bǔ)償效率高、實(shí)現(xiàn)成本低的數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)群控式誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)，對生產(chǎn)線上多臺(tái)配置西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床進(jìn)行高精度的誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能和良好的在線監(jiān)測功能。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0007]—種數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)群控式誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)，該補(bǔ)償系統(tǒng)與數(shù)控機(jī)床，其特征在于，所述的補(bǔ)償系統(tǒng)包括機(jī)床誤差測量儀器、溫度傳感器、溫度數(shù)據(jù)采集卡、第一路由器、工控機(jī)和第二路由器，所述的工控機(jī)分別與機(jī)床誤差測量儀器、第一路由器和第二路由器連接，所述的第一路由器通過溫度數(shù)據(jù)采集卡與溫度傳感器連接，所述的第二路由器與數(shù)控機(jī)床連接；
[0008]所述的工控機(jī)中內(nèi)嵌有群控誤差補(bǔ)償與監(jiān)控子系統(tǒng)，該群控誤差補(bǔ)償與監(jiān)控子系統(tǒng)包括誤差建模模塊、狀態(tài)監(jiān)控模塊和誤差補(bǔ)償模塊，所述的數(shù)控機(jī)床中內(nèi)嵌有二次界面子系統(tǒng)，該二次界面子系統(tǒng)包括通信模塊、機(jī)床參數(shù)存取模塊以及誤差補(bǔ)償實(shí)施模塊；
[0009]所述的誤差建模模塊根據(jù)機(jī)床誤差測量儀器測得的不同關(guān)鍵測點(diǎn)溫度下的誤差數(shù)據(jù)建立各數(shù)控機(jī)床的誤差模型，所述的狀態(tài)監(jiān)控模塊按設(shè)定的周期循環(huán)接收數(shù)控機(jī)床的機(jī)床參數(shù)和關(guān)鍵測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，并顯示到交互界面上，所述的誤差補(bǔ)償模塊則根據(jù)各數(shù)控機(jī)床誤差模型計(jì)算實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償值，并將計(jì)算得到的補(bǔ)償值發(fā)送到相應(yīng)數(shù)控機(jī)床的二次界面子系統(tǒng)的通信模塊。
[0010]所述群控網(wǎng)絡(luò)為基于TCP / IP的通信協(xié)議，工控機(jī)作為客戶端，生產(chǎn)線上不同數(shù)控機(jī)床作為不同的服務(wù)端，通過匹配各機(jī)床的IP地址和端口建立群控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向交互。
[0011]所述的誤差補(bǔ)償實(shí)施模塊是利用機(jī)床PLC中FB3功能塊將誤差補(bǔ)償值寫入到各軸對應(yīng)的機(jī)床參數(shù)SD43900中，利用SD43900參數(shù)自帶的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能。
[0012]所述的機(jī)床誤差測量儀器包括激光干涉儀、球桿儀和激光跟蹤儀，對機(jī)床的各個(gè)進(jìn)給軸的幾何誤差和熱誤差進(jìn)行測量。
[0013]所述的溫度傳感器采用鉬熱電阻，測量范圍0-100°C，靈敏度±0.TC，分布安裝在群控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵溫度測點(diǎn)上。
[0014]所述的數(shù)控機(jī)床采用西門子840D數(shù)控機(jī)床，是集成西門子SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，西門子840D數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控及驅(qū)動(dòng)單元(NCU)、MMC(Man MachineCommunication)、PLC 模塊三部分組成。其中 MMC 模塊包括 PCU(PC Unit)和 MCP (MachineControl Panel)兩部分，PCU是基于WINDOWS NT或WINDOWS XP系統(tǒng)的，實(shí)際上也是一臺(tái)計(jì)算機(jī),CPU為奔騰,可以帶硬盤,POJ的軟件被稱作HMI (Human Machine Interface)軟件,所述二次界面子系統(tǒng)就是基于HMI軟件根據(jù)補(bǔ)償功能需要進(jìn)行二次開發(fā)。
[0015]所述的溫度數(shù)據(jù)采集卡是指:研華公司研發(fā)的ADAM-6015，具有7路2線或3線熱電阻輸入通道，支持PtlOO / 1000、Ni&Balco500等溫度傳感器輸入，采樣速率最高可達(dá)10采樣點(diǎn)/秒，有效分辨率可達(dá)16位，支持以太網(wǎng)傳輸協(xié)議。
[0016]所述的誤差建模模塊根據(jù)機(jī)床誤差測量儀器測得的不同關(guān)鍵溫度測點(diǎn)下的誤差數(shù)據(jù)建立各數(shù)控機(jī)床的誤差模型，具體為:
[0017]首先對生產(chǎn)線上的不同數(shù)控機(jī)床進(jìn)行誤差測量，得到各個(gè)機(jī)床關(guān)鍵測點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)以及不同溫度下機(jī)床各個(gè)進(jìn)給軸的誤差數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行幾何誤差元素和熱誤差元素的分離，利用最小二乘法建立各個(gè)進(jìn)給軸的幾何誤差模型，利用自然指數(shù)法得出熱誤差模型，最后把兩部分誤差模型復(fù)合得到各機(jī)床的復(fù)合誤差模型。
[0018]所述的機(jī)床參數(shù)存取模塊通過訪問NCDDE服務(wù)器的方式，實(shí)現(xiàn)NCK/PLC變量的存取，包括讀取機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)、機(jī)床坐標(biāo)、加工參數(shù)、報(bào)警信息，以及將補(bǔ)償值寫入到PLC的中間變量寄存器。
[0019]所述的機(jī)床參數(shù)包括系統(tǒng)參數(shù)、機(jī)床坐標(biāo)、加工參數(shù)和報(bào)警信息,所述的機(jī)床參數(shù)存取模塊采集各機(jī)床的機(jī)床參數(shù)，并將其發(fā)送給工控機(jī)，由狀態(tài)監(jiān)控模塊接收并顯示。[0020]所述的關(guān)鍵測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)通過溫度傳感器采集，并依次通過溫度數(shù)據(jù)采集卡、以太網(wǎng)傳輸?shù)焦た貦C(jī)上，由狀態(tài)監(jiān)控模塊接收并顯示。
[0021]所述的誤差補(bǔ)償模塊將狀態(tài)監(jiān)控模塊監(jiān)控到的機(jī)床坐標(biāo)以及關(guān)鍵測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)代入到各數(shù)控機(jī)床復(fù)合誤差模型中，得到各進(jìn)給軸的動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償值，并將動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償值發(fā)送到相應(yīng)數(shù)控機(jī)床二次界面子系統(tǒng)的通信模塊。
[0022]所述的通信模塊基于TCP / IP通絡(luò)通訊協(xié)議與工控機(jī)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交互。所述的機(jī)床參數(shù)存取模塊是指:通過訪問NCDDE(NC Dynamic Data Exchange)服務(wù)器的方式,實(shí)現(xiàn)NCK / PLC變量的存取，所述變量存取包括:讀取機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)、機(jī)床坐標(biāo)、加工參數(shù)、報(bào)警信息等，以及將通信模塊接收到各進(jìn)給軸的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償值寫入到PLC的某些閑置的內(nèi)部標(biāo)志寄存器中，例如，群控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)某機(jī)床為三軸機(jī)床，利用訪問NCDDE服務(wù)器的方式，把接收到的三個(gè)進(jìn)給軸的補(bǔ)償值數(shù)據(jù)寫入到MD200、MD204和MD208三個(gè)PLC內(nèi)部標(biāo)志寄存器中；所述的誤差補(bǔ)償實(shí)施模塊是指:利用PLC中FB3功能塊將誤差補(bǔ)償值寫入到各軸對應(yīng)的機(jī)床參數(shù)SD43900中的程序模塊，西門子840D系統(tǒng)中集成的是S7-300系列的PLC，其程序結(jié)構(gòu)是由塊組成，F(xiàn)B3功能塊作用是寫NC變量，調(diào)用FB3功能塊可實(shí)現(xiàn)把補(bǔ)償值寫入到數(shù)控系統(tǒng)的NCK區(qū)域中，具體是對應(yīng)進(jìn)給軸的機(jī)床參數(shù)SD43900中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償。所述的機(jī)床參數(shù)SD43900，機(jī)床數(shù)據(jù)名稱是“TEMP_COMP_ABS_VALUE”，作用是“與位置無關(guān)的溫度補(bǔ)償值”，單位是mm或者degree，生效模式是“立即生效”，屬于西門子840D自帶的溫度補(bǔ)償模塊，原本用作配合機(jī)床數(shù)據(jù)SD43910 (作用是“位置相關(guān)的溫度補(bǔ)償斜率”)，形成一條擬合熱誤差的直線，本發(fā)明中充分利用SD43900的立即生效模式，因其效果類似“外部零點(diǎn)偏置位”，所以可用來對各進(jìn)給軸進(jìn)行動(dòng)態(tài)的誤差補(bǔ)償。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0024]把網(wǎng)絡(luò)群控技術(shù)運(yùn)用到西門子840D數(shù)控機(jī)床上，對生產(chǎn)線上多臺(tái)機(jī)床同時(shí)進(jìn)行誤差補(bǔ)償和狀態(tài)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了集中控制，提高補(bǔ)償?shù)男?，大大?jié)約了硬件成本；機(jī)床誤差數(shù)據(jù)都保存在一臺(tái)工控機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，便于誤差數(shù)據(jù)的處理和誤差模型的更新；補(bǔ)償執(zhí)行方式基于西門子840D系統(tǒng)的PLC的FB3功能塊，F(xiàn)B3功能塊處于PLC主程序中，執(zhí)行速度快，更好地抑制了補(bǔ)償滯后效應(yīng)，補(bǔ)償精度高；西門子840D數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床參數(shù)SD43900作為“外部零點(diǎn)偏置位”，充分利用了系統(tǒng)自帶的熱誤差補(bǔ)償模塊，保證了補(bǔ)償效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的硬件連接示意圖；
[0026]圖2為網(wǎng)絡(luò)群控式補(bǔ)償與監(jiān)控流程示意圖；
[0027]圖3為VTM6335立式加工中心補(bǔ)償前后效果對比圖；
[0028]圖4為DLM-16斜身數(shù)控車床補(bǔ)償前后效果對比圖；
[0029]圖5為DLH-20高速數(shù)控車床補(bǔ)償前后效果對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0031]實(shí)施例
[0032]如圖1所示，本發(fā)明數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)群控式誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)包括機(jī)床誤差測量儀器、溫度傳感器多個(gè)、溫度數(shù)據(jù)采集卡多個(gè)、西門子840D數(shù)控機(jī)床多臺(tái)、路由器2個(gè)、工控機(jī)I臺(tái)、網(wǎng)線多根，溫度傳感器與溫度數(shù)據(jù)采集卡相連，多個(gè)溫度采集卡通過網(wǎng)線與路由器I相連，路由器I通過網(wǎng)線連接到工控機(jī)上；集成西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床均帶有內(nèi)置以太網(wǎng)口，通過網(wǎng)線把多臺(tái)數(shù)控機(jī)床與路由器2相連接，路由器2通過網(wǎng)線連接到工控機(jī)上。
[0033]所述的機(jī)床誤差測量儀器是指:對機(jī)床的各個(gè)進(jìn)給軸的幾何誤差和熱誤差進(jìn)行測量的設(shè)備，包括激光干涉儀、球桿儀、激光跟蹤儀等。
[0034]所述溫度傳感器是指:鉬熱電阻PT100，其測量范圍是0-100。C，靈敏度為±0.TC，每臺(tái)數(shù)控機(jī)床上均安裝多個(gè)PT100溫度傳感器，分布在關(guān)鍵溫度測點(diǎn)上，每臺(tái)機(jī)床上的溫度傳感器數(shù)據(jù)通過一個(gè)溫度數(shù)據(jù)采集卡來收集。
[0035]所述溫度數(shù)據(jù)采集卡是指:研華公司研發(fā)的ADAM-6015，具有7路2線或3線熱電阻輸入通道，支持PtlOO / 1000，Ni&Balco500等溫度傳感器輸入，采樣速率最高可達(dá)10采樣點(diǎn)/秒，有效分辨率可達(dá)16位，支持以太網(wǎng)傳輸協(xié)議。
[0036]所述西門子840D數(shù)控機(jī)床是指:集成西門子SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，西門子840D數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控及驅(qū)動(dòng)單元(NCU)、MMC (Man Machine Communication)、PLC模塊三部分組成。其中MMC模塊包括PCU(PC Unit)和MCP (Machine Control Panel)兩部分，PCU后臺(tái)是基于WINDOWS XP或WINDOWS NT系統(tǒng)的，實(shí)際上也是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，CPU為奔騰，可以帶硬盤，帶有內(nèi)置以太網(wǎng)口，P⑶的軟件被稱作HMI (Human Machine Interface)軟件，可以根據(jù)用戶需要對HMI軟件進(jìn)行二次開發(fā)。西門子840D數(shù)控系統(tǒng)提供了熱誤差補(bǔ)償功能，涉及到幾個(gè)機(jī)床數(shù)據(jù)，包括:MD32750 (TEMP_C0MP_TYPE)——溫度補(bǔ)償類
型；SD43900 (TEMP_C0MP_ABS_VALUE)-位置無關(guān)的溫度補(bǔ)償值；SD43910 (TEMP_C0MP_
SLOP)——位置相關(guān)溫度補(bǔ)償值系數(shù)；SD43920 (TEMP_C0MP_REF_P0S ITI ON)——位置相關(guān)溫度補(bǔ)償參考位置；所述溫度補(bǔ)償類型包括兩種，分別是:MD32750=1時(shí)，位置無關(guān)溫度補(bǔ)償方式生效；MD32750=2時(shí)，位置相關(guān)溫度補(bǔ)償方式生效。MD32750=0時(shí)，溫度補(bǔ)償失效。
[0037]所述的群控誤差補(bǔ)償與監(jiān)控子系統(tǒng)在工控機(jī)上運(yùn)行，包括誤差建模模塊、狀態(tài)監(jiān)控模塊和誤差補(bǔ)償模塊，主要功能有建立各機(jī)床的誤差模型，實(shí)時(shí)計(jì)算補(bǔ)償值并監(jiān)控各機(jī)床的狀態(tài)等。群控誤差補(bǔ)償與監(jiān)控子系統(tǒng)基于微軟公司Visual Basic(VB)開發(fā)。所述二次界面子系統(tǒng)在各臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)上運(yùn)行，是基于西門子840D的HMI軟件進(jìn)行的二次開發(fā)，主要包括通信模塊、機(jī)床參數(shù)存取模塊和誤差補(bǔ)償實(shí)施模塊。如圖2所示，誤差建模模塊對誤差測量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和建模，得到各數(shù)控機(jī)床誤差模型，根據(jù)狀態(tài)監(jiān)控模塊讀取到實(shí)時(shí)機(jī)床坐標(biāo)以及溫度數(shù)據(jù)，由誤差補(bǔ)償模塊得到動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償值并發(fā)送到各數(shù)控機(jī)床，二次界面子系統(tǒng)的通信模塊接收補(bǔ)償值，利用機(jī)床參數(shù)存取模塊把接收到的補(bǔ)償值，寫入到PLC的內(nèi)部標(biāo)志寄存器，誤差補(bǔ)償實(shí)施模塊負(fù)責(zé)把補(bǔ)償值寫入到機(jī)床參數(shù)SD43900中，利用SD43900自身的CNC運(yùn)動(dòng)控制功能實(shí)現(xiàn)對各進(jìn)給軸誤差補(bǔ)償。
[0038]所述誤差建模模塊是指:根據(jù)測量儀器測得的不同關(guān)鍵測點(diǎn)溫度下的誤差數(shù)據(jù)建立誤差模型，所述誤差模型是指群控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同機(jī)床的各個(gè)進(jìn)給軸的誤差與關(guān)鍵測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)和機(jī)床坐標(biāo)之間的函數(shù)關(guān)系，誤差模型是由幾何誤差模型與熱誤差模型兩部分疊加而成，在誤差建模之前，需要對生產(chǎn)線上的不同數(shù)控機(jī)床進(jìn)行誤差測量，得到各個(gè)機(jī)床關(guān)鍵測點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)以及不同溫度下機(jī)床各個(gè)進(jìn)給軸的各項(xiàng)誤差數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行幾何誤差和熱誤差的分離，采用最小二乘法建立各個(gè)進(jìn)給軸的幾何誤差元素模型，采用自然指數(shù)法建立熱誤差元素模型，最后將兩種誤差元素模型合成得到各軸的復(fù)合誤差補(bǔ)償模型。
[0039]所述狀態(tài)監(jiān)控模塊是指:對群控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的不同數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)同時(shí)進(jìn)行在線監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)按一定的周期循環(huán)接收數(shù)控機(jī)床的機(jī)床坐標(biāo)、加工參數(shù)、關(guān)鍵測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，并將其顯示在交互界面上的功能，起到機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控的效果。所述機(jī)床參數(shù)的數(shù)據(jù)接收方式是基于TCP / IP的通信協(xié)議，以VB的Winsock控件為媒介，工控機(jī)作為客戶端，群控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的不同數(shù)控機(jī)床作為不同的服務(wù)端，匹配各機(jī)床的IP地址后，二次界面子系統(tǒng)將各機(jī)床的系統(tǒng)參數(shù)、機(jī)床坐標(biāo)、加工參數(shù)發(fā)送到客戶端工控機(jī)上，狀態(tài)監(jiān)控模塊通過交互界面將數(shù)據(jù)顯示出來，實(shí)現(xiàn)機(jī)床參數(shù)的監(jiān)控；所述溫度數(shù)據(jù)的接收方式是指通過溫度數(shù)據(jù)采集卡把采集到的機(jī)床各關(guān)鍵溫度測點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，通過以太網(wǎng)的形式傳輸?shù)焦た貦C(jī)上，由狀態(tài)監(jiān)控模塊接收并顯示。
[0040]所述誤差補(bǔ)償模塊是指:計(jì)算群控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同數(shù)控機(jī)床各進(jìn)給軸的動(dòng)態(tài)誤差值并把誤差值傳輸?shù)蕉谓缑孀酉到y(tǒng)中。所述計(jì)算動(dòng)態(tài)誤差值是指在誤差模型建立以后，把狀態(tài)監(jiān)控模塊獲得的機(jī)床坐標(biāo)以及關(guān)鍵測點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)代入到不同機(jī)床的誤差模型中，得到各進(jìn)給軸的動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償值，之后基于網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議把動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償值傳輸?shù)饺嚎鼐W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各機(jī)床的二次界面子系統(tǒng)中；所述把動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償值傳輸?shù)礁鲾?shù)控系統(tǒng)中的通信方式與狀態(tài)監(jiān)控模塊獲取機(jī)床參數(shù)的通信方式相同。
[0041]所述二次界面子系統(tǒng)是指:利用西門子提供的OEM軟件平臺(tái)，在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)HMI軟件上基于VB開發(fā)的二次界面，主要包括通信模塊、機(jī)床參數(shù)存取模塊和誤差補(bǔ)償實(shí)施模塊。所述通信模塊是指與工控機(jī)相對應(yīng)的服務(wù)端的通信程序，基于TCP / IP通絡(luò)通訊協(xié)議與工控機(jī)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交互；所述機(jī)床參數(shù)存取模塊是指:通過訪問NCDDE (NCDynamic Data Exchange)服務(wù)器的方式，實(shí)現(xiàn)NCK / PLC變量的存取，包括:讀取機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)、機(jī)床坐標(biāo)、加工參數(shù)、報(bào)警信息等，以及將接收到各進(jìn)給軸的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償值寫入到PLC的某些閑置的內(nèi)部標(biāo)志寄存器中，例如，群控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)某機(jī)床為三軸機(jī)床，利用訪問NCDDE服務(wù)器的方式，把接收到的三個(gè)進(jìn)給軸的補(bǔ)償值數(shù)據(jù)寫入到MD200、MD204和MD208三個(gè)PLC內(nèi)部標(biāo)志寄存器中；所述的誤差補(bǔ)償實(shí)施模塊是指:利用PLC中FB3功能塊將誤差補(bǔ)償值寫入到各軸對應(yīng)的機(jī)床參數(shù)SD43900中的程序模塊，西門子840D系統(tǒng)中集成的是S7-300系列的PLC，其程序結(jié)構(gòu)是由塊組成，F(xiàn)B3功能塊作用是寫NC變量，調(diào)用FB3功能塊可實(shí)現(xiàn)把補(bǔ)償值寫入到NCK區(qū)域中，具體是對應(yīng)進(jìn)給軸的機(jī)床參數(shù)SD43900中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償。補(bǔ)償值生效的前提是機(jī)床參數(shù)MD32750=1。
[0042]本實(shí)施例在三臺(tái)數(shù)控機(jī)床組成的群控網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行試驗(yàn)，包括一臺(tái)三軸立式車銑復(fù)合加工中心、兩臺(tái)兩軸的數(shù)控車床。其中，三軸的立式加工中心配置西門子SINUMERIK840Dsl型數(shù)控系統(tǒng)，兩臺(tái)兩軸的數(shù)控車床均配置西門子SINUMERIK840Dpl型數(shù)控系統(tǒng)，兩種類型的數(shù)控系統(tǒng)均具有內(nèi)置以太網(wǎng)口，可以通過網(wǎng)線與路由器2連接。
[0043]三臺(tái)機(jī)床的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表I所示:
[0044]表I
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)群控式誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)，該補(bǔ)償系統(tǒng)與數(shù)控機(jī)床，其特征在于，所述的補(bǔ)償系統(tǒng)包括機(jī)床誤差測量儀器、溫度傳感器、溫度數(shù)據(jù)采集卡、第一路由器、工控機(jī)和第二路由器，所述的工控機(jī)分別與機(jī)床誤差測量儀器、第一路由器和第二路由器連接，所述的第一路由器通過溫度數(shù)據(jù)采集卡與溫度傳感器連接，所述的第二路由器與數(shù)控機(jī)床連接； 所述的工控機(jī)中內(nèi)嵌有群控誤差補(bǔ)償與監(jiān)控子系統(tǒng)，該群控誤差補(bǔ)償與監(jiān)控子系統(tǒng)包括誤差建模模塊、狀態(tài)監(jiān)控模塊和誤差補(bǔ)償模塊，所述的數(shù)控機(jī)床中內(nèi)嵌有二次界面子系統(tǒng)，該二次界面子系統(tǒng)包括通信模塊、機(jī)床參數(shù)存取模塊以及誤差補(bǔ)償實(shí)施模塊； 所述的誤差建模模塊根據(jù)機(jī)床誤差測量儀器測得的不同關(guān)鍵測點(diǎn)溫度下的誤差數(shù)據(jù)建立各數(shù)控機(jī)床的誤差模型，所述的狀態(tài)監(jiān)控模塊按設(shè)定的周期循環(huán)接收數(shù)控機(jī)床的機(jī)床參數(shù)和關(guān)鍵測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，所述的誤差補(bǔ)償模塊則根據(jù)各數(shù)控機(jī)床誤差模型計(jì)算實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償值，并將計(jì)算得到的補(bǔ)償值發(fā)送到相應(yīng)數(shù)控機(jī)床二次界面子系統(tǒng)的通信模塊； 所述狀態(tài)監(jiān)控模塊對群控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的不同數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)同時(shí)進(jìn)行在線監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)按設(shè)定的周期循環(huán)接收數(shù)控機(jī)床的機(jī)床參數(shù)和關(guān)鍵測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，并將其顯示在交互界面上的功能，起到機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控的效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)群控式誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述群控網(wǎng)絡(luò)為基于TCP / IP的通信協(xié)議，工控機(jī)作為客戶端，生產(chǎn)線上不同數(shù)控機(jī)床作為不同的服務(wù)端，通過匹配各機(jī)床的IP地址和端口建立群控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向交互。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)群控式誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述的誤差補(bǔ)償實(shí)施模塊是利用機(jī)床PLC中FB3功能塊將誤差補(bǔ)償值寫入到各軸對應(yīng)的機(jī)床參數(shù)SD43900中，利用SD43900參數(shù)自帶的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)群控式誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)控機(jī)床是集成西門子SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。`
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)群控式誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述的機(jī)床誤差測量儀器包括激光干涉儀、球桿儀和激光跟蹤儀，對機(jī)床的各個(gè)進(jìn)給軸的幾何誤差和熱誤差進(jìn)行測量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)群控式誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度傳感器采用鉬熱電阻，分布安裝在群控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵溫度測點(diǎn)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)群控式誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述的誤差建模模塊根據(jù)機(jī)床誤差測量儀器測得的不同關(guān)鍵測點(diǎn)溫度下的誤差數(shù)據(jù)建立各數(shù)控機(jī)床的誤差模型具體為: 首先對生產(chǎn)線上的不同數(shù)控機(jī)床進(jìn)行誤差測量，得到各個(gè)機(jī)床關(guān)鍵測點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)以及不同溫度下機(jī)床各個(gè)進(jìn)給軸的誤差元素，然后進(jìn)行幾何誤差元素和熱誤差元素的分離，利用最小二乘法建立各個(gè)進(jìn)給軸的幾何誤差模型，利用自然指數(shù)法得出熱誤差模型，最后把兩部分誤差模型復(fù)合得到各機(jī)床的復(fù)合誤差模型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)群控式誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述的誤差補(bǔ)償模塊將狀態(tài)監(jiān)控模塊監(jiān)控到的機(jī)床坐標(biāo)以及關(guān)鍵測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)代入到各數(shù)控機(jī)床復(fù)合誤差模型中，得到各進(jìn)給軸的動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償值，并將動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償值發(fā)送到相應(yīng)數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償實(shí)施模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)群控式誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述的機(jī)床參數(shù)存取模塊通過訪問NCDDE服務(wù)器的方式，實(shí)現(xiàn)NCK / PLC變量的存取，包括讀取機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)、機(jī)床坐標(biāo)、加工參數(shù)、報(bào)警信息，以及將補(bǔ)償值寫入到PLC的中間變量寄存器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)群控式誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，所述的關(guān)鍵測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)通 過溫度傳感器采集，并依次通過溫度數(shù)據(jù)采集卡、以太網(wǎng)傳輸?shù)焦た貦C(jī)上，由狀態(tài)監(jiān)控模塊接收并顯示。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK103792910SQ201310632455
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】盧紅星, 項(xiàng)四通, 楊建國, 張景然, 王續(xù)林, 李興達(dá) 申請人:上海交通大學(xué)