一種數(shù)控機(jī)床溫度補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種數(shù)控機(jī)床溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，包括：溫差推算模塊、形變計(jì)算模塊和運(yùn)動(dòng)輸出模塊；溫差推算模塊與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)連接，其通過機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)獲得目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和溫差推算模型計(jì)算當(dāng)前溫差；形變計(jì)算模塊與溫差推算模塊連接，其根據(jù)當(dāng)前溫差獲得目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸形變量；運(yùn)動(dòng)輸出模塊分別與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和形變計(jì)算模塊連接，其獲得機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)輸出的運(yùn)動(dòng)量，并結(jié)合形變量對運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償生成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)值并輸出。本發(fā)明中，通過溫差推算模型相當(dāng)于可間接從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)獲得機(jī)床形變量，而運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可直接從機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)獲得。故而，本發(fā)明將機(jī)床形變量的計(jì)算實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化。
【專利說明】
一種數(shù)控機(jī)床溫度補(bǔ)償系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)控機(jī)床溫度補(bǔ)償系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)床在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，傳動(dòng)部件之間存在相對運(yùn)動(dòng)，機(jī)床絲桿、螺母座、軸承等摩擦熱量， 從而導(dǎo)致機(jī)床部件熱膨脹，各運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)與目標(biāo)發(fā)生偏移，從而造成機(jī)床加工誤差。要解 決以上問題就需要監(jiān)測各傳動(dòng)部件的溫度變化，然后根據(jù)各傳動(dòng)部件形變與溫度變化的相 對關(guān)系，計(jì)算出機(jī)床位移的誤差值，然后補(bǔ)償?shù)綌?shù)控系統(tǒng)中，達(dá)到對機(jī)床溫升補(bǔ)償?shù)哪康摹?br>[0003] 解決這個(gè)問題最傳統(tǒng)的辦法是在運(yùn)動(dòng)部件上安裝溫度傳感器采集溫差數(shù)據(jù)，然后 傳給數(shù)控系統(tǒng)處理。但是很多機(jī)床在組裝時(shí)由于種種問題都沒有預(yù)裝溫度傳感器，導(dǎo)致溫 度數(shù)據(jù)采集不容易。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種數(shù)控機(jī)床溫度補(bǔ)償系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明提出的一種數(shù)控機(jī)床溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，包括:溫差推算模塊、形變計(jì)算模塊和 運(yùn)動(dòng)輸出模塊；
[0006] 溫差推算模塊中預(yù)設(shè)有溫差推算模型，溫差推算模型為：
[0007] 其中，Ti為當(dāng)前溫差，Ti-iS運(yùn)動(dòng)軸最近變速時(shí)的 ， 溫差，Vi為運(yùn)動(dòng)軸當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度，Vh為運(yùn)動(dòng)軸最近變速前的運(yùn)動(dòng)速度，△ t為當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度 下運(yùn)動(dòng)時(shí)間；
[0008] 當(dāng) Vi>Vi-1，G(Vi)>l;iVi<Vi-i，0<G(Vi)<l;
[0009] f( At)=kX At，k為計(jì)算常數(shù)；
[0010] 溫差推算模塊與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)連接，其通過機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)獲得目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)，并根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和溫差推算模型計(jì)算當(dāng)前溫差；
[0011] 形變計(jì)算模塊與溫差推算模塊連接，其根據(jù)當(dāng)前溫差獲得目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸形變量;運(yùn) 動(dòng)輸出模塊分別與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和形變計(jì)算模塊連接，其獲得機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)輸出的運(yùn)動(dòng) 量，并結(jié)合形變量對運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償生成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)值并輸出。
[0012] 優(yōu)選地，當(dāng)當(dāng)VKVi-hGai) =
[0013] 優(yōu)選地，溫差推算模塊中預(yù)設(shè)有溫差上限值Tmax，0 < Td Tmax。
[0014] 優(yōu)選地，k為正數(shù)。
[0015] 優(yōu)選地，開多變計(jì)算模塊中預(yù)設(shè)有開多變計(jì)算模型：Δ l=mXTi，其中，Δ 1為開多變量，m 為計(jì)算常數(shù)，其為正數(shù)。
[0016] 優(yōu)選地，形變計(jì)算模塊中預(yù)設(shè)有形變上限值lmax，0< Δ 1 < lmax。
[0017] 優(yōu)選地，形變計(jì)算模塊中預(yù)設(shè)有形變溫差映射集合，形變溫差映射集合包括多個(gè) 子集，每一個(gè)子集包括一個(gè)溫差值和一個(gè)形變值;形變計(jì)算模塊根據(jù)當(dāng)前溫差獲得對應(yīng)的 形變值作為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸形變量。
[0018] 本發(fā)明提出的一種數(shù)控機(jī)床溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，可通過在同型號(hào)的機(jī)床上預(yù)裝溫度傳 感器，然后通過溫度傳感器獲得各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的溫差，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和溫差的對應(yīng)關(guān) 系推算溫差推算模型。
[0019] 本發(fā)明中，將溫差推算模型預(yù)存到溫差推算模塊中后，溫差推算模型通過機(jī)床數(shù) 控系統(tǒng)獲得目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)后，將運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)代入溫差推算模型便可獲得運(yùn)動(dòng)軸形 變量。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)時(shí)間。
[0020] 本發(fā)明中，溫差推算模型的設(shè)置解決了沒有預(yù)裝溫度傳感器的機(jī)床運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下溫 差獲取的問題。本發(fā)明中，通過溫差推算模型相當(dāng)于可間接從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)獲得機(jī)床形變量，而 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可直接從機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)獲得。故而，本發(fā)明將機(jī)床形變量的計(jì)算實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和 智能化。
[0021] 本發(fā)明中，機(jī)床結(jié)合形變量對運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償生成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)值并輸出，實(shí)現(xiàn)了根 據(jù)溫差形變對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)值的自動(dòng)修改，有利于提高機(jī)床加工精度，并降低人工成本。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明提出的一種數(shù)控機(jī)床溫度補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】 [0023] 實(shí)施例1
[0024] 參照圖1，本發(fā)明提出的一種數(shù)控機(jī)床溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，包括:溫差推算模塊、形變計(jì) 算模塊和運(yùn)動(dòng)輸出模塊。
[0025] 溫差推算模塊中預(yù)設(shè)有溫差推算模型，溫差推算模型為：
[0026] 1 = 其中，Ti為當(dāng)前溫差，Ti-^運(yùn)動(dòng)軸最近變速時(shí)的 溫差，Vi為運(yùn)動(dòng)軸當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度，Vi-Ι為運(yùn)動(dòng)軸最近變速前的運(yùn)動(dòng)速度，△ t為當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度 下運(yùn)動(dòng)時(shí)間；
[0027] 當(dāng) Vi>Vi-1，6(￥〇>1，具體地，6(￥〇=^(￥廣￥卜1);當(dāng)￥土<￥卜 1，0<6(￥〇<1，具體 地，G(Vi) = (Vi-rVO/Vi-1〇
[0028] f(At)=kX At，k為計(jì)算常數(shù)，且為正數(shù)，k值得確定與機(jī)床材質(zhì)、溫度單位時(shí)間 單位的選擇有關(guān)。
[0029] 本實(shí)施方式中，溫差推算模型的獲得，可首先在同型號(hào)的機(jī)床上預(yù)裝溫度傳感器， 然后通過溫度傳感器獲得各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的溫差，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和溫差的對應(yīng)關(guān)系推算 溫差推算模型。
[0030] 溫差推算模塊與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)連接，其通過機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)獲得目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)，并根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和溫差推算模型計(jì)算當(dāng)前溫差。目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸狀態(tài)包括當(dāng)前 運(yùn)動(dòng)速度、當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度持續(xù)時(shí)間和變速前運(yùn)動(dòng)速度。
[0031 ] 本實(shí)施方式中，在計(jì)算起始溫差Ti(i = 1)時(shí)， 一次變速時(shí)，i逐漸遞增
計(jì)算當(dāng)前溫差。值得注意 的時(shí)，溫差推算模塊對溫差Ti進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，且，在機(jī)床變速時(shí)保存變速時(shí)刻各運(yùn)動(dòng)軸的溫 度Τη故而，每一次機(jī)床變速后，都可根據(jù)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度和當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度持續(xù)時(shí)間直接計(jì)算 當(dāng)前溫差Ti。
[0032] 由于溫差是機(jī)床運(yùn)動(dòng)摩擦生熱導(dǎo)致的，故而其恒大于0。且，機(jī)床溫度不可能無限 上升，故而溫差推算模塊中預(yù)設(shè)有溫差上限值Tmax，0 < < Tmax。
[0033] 機(jī)床運(yùn)動(dòng)過程中，每一個(gè)恒定速度下，運(yùn)動(dòng)軸遭受的摩擦力都不相等，故而，各運(yùn) 動(dòng)軸每一個(gè)運(yùn)動(dòng)速度Vi均對應(yīng)有一個(gè)溫差上限值Ti- max，運(yùn)動(dòng)速度Vi下當(dāng)前溫差0<Κ T i-max 〇
[0034] 值得注意的是，運(yùn)動(dòng)軸變速時(shí)，如果，則減速后，運(yùn)動(dòng)軸有一個(gè)較短暫的散
熱過程 當(dāng)Ti = Ti-max，運(yùn)動(dòng)軸溫差趨于穩(wěn)定。即，f ? <v、1時(shí)，
[0035] 形變計(jì)算模塊中預(yù)設(shè)有形變計(jì)算模型：Al=mXTi，其中，Δ 1為形變量，m為計(jì)算 常數(shù)，其為正數(shù)。形變計(jì)算模塊與溫差推算模塊連接，其根據(jù)當(dāng)前溫差獲得目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸形變 量。任何材料的延展性都是有限制的的，運(yùn)動(dòng)軸不可能隨著溫差無限延伸，故而，形變計(jì)算 模塊中預(yù)設(shè)有形變上限值l max，〇< A 1 < lmax。此外，m的取值與各運(yùn)動(dòng)軸的形變特性有關(guān)，其 在不同的溫差范圍，可能需要取不同的值，具體可參考運(yùn)動(dòng)軸制作材料的高溫膨脹特性。
[0036] 運(yùn)動(dòng)輸出模塊分別與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和形變計(jì)算模塊連接，其獲得機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)輸 出的運(yùn)動(dòng)量，并結(jié)合形變量對運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償生成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)值并輸出。
[0037] 數(shù)控機(jī)床屬于半自動(dòng)化設(shè)備，機(jī)床加工行程都刻錄在控制程序中。本實(shí)施方式中， 機(jī)床結(jié)合形變量對運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償生成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)值并輸出，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)溫差形變對運(yùn)動(dòng)目 標(biāo)值的自動(dòng)修改，有利于提高機(jī)床加工精度，并降低人工成本。
[0038] 實(shí)施例2
[0039] 本實(shí)施例與實(shí)施例1相比的區(qū)別在于，形變計(jì)算模塊中沒有預(yù)設(shè)形變計(jì)算模型。本 實(shí)施例中，形變計(jì)算模塊中預(yù)設(shè)有形變溫差映射集合，形變溫差映射集合包括多個(gè)子集，每 一個(gè)子集包括一個(gè)溫差值和一個(gè)形變值。形變計(jì)算模塊根據(jù)當(dāng)前溫差獲得對應(yīng)的形變值作 為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸形變量。
[0040] 本實(shí)施例中，溫差值和形變值的對應(yīng)關(guān)系可通過實(shí)驗(yàn)測量獲得。與實(shí)施例1相比， 本實(shí)施例前期需要消耗大量的人力成本和時(shí)間成本收集排列形變溫差映射集合，但是，相 對于實(shí)施例1，本實(shí)施例獲得形變值的精度更高。
[0041]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種數(shù)控機(jī)床溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，包括:溫差推算模塊、形變計(jì)算模塊和運(yùn) 動(dòng)輸出模塊； 溫差推算模塊中預(yù)設(shè)有溫差推算模型，溫差推算模型為： [=L其中，Ti為當(dāng)前溫差，IVA運(yùn)動(dòng)軸最近變速時(shí)的溫差， Vi為運(yùn)動(dòng)軸當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度，Vh為運(yùn)動(dòng)軸最近變速前的運(yùn)動(dòng)速度，△ t為當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度下運(yùn) 動(dòng)時(shí)間； 當(dāng)Vi>Vi-1，G(Vi) > 1;當(dāng)Vi<Vi-i，0<G(Vi) < 1; f( Δ t)=kX Δ t，k為計(jì)算常數(shù)； 溫差推算模塊與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)連接，其通過機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)獲得目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)， 并根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和溫差推算模型計(jì)算當(dāng)前溫差； 形變計(jì)算模塊與溫差推算模塊連接，其根據(jù)當(dāng)前溫差獲得目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸形變量;運(yùn)動(dòng)輸 出模塊分別與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和形變計(jì)算模塊連接，其獲得機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)輸出的運(yùn)動(dòng)量，并 結(jié)合形變量對運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償生成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)值并輸出。2. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)V^Vi+GWi) =Vi/(Vi-Vi-1);當(dāng)Vi<Vi-i，G(Vi) = (Vi-i-VO/Vi-1〇3. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，溫差推算模塊中預(yù)設(shè)有溫 差上限值 Tmax，0<Ti<Tmaxo4. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，k為正數(shù)。5. 如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的數(shù)控機(jī)床溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，形變計(jì)算模塊 中預(yù)設(shè)有形變計(jì)算模型：A 1 =m X ，其中，△ 1為形變量，m為計(jì)算常數(shù)，其為正數(shù)。6. 如權(quán)利要求5所述的數(shù)控機(jī)床溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，形變計(jì)算模塊中預(yù)設(shè)有形 變上限值lmax，0<Al《l max。7. 如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的數(shù)控機(jī)床溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，形變計(jì)算模塊 中預(yù)設(shè)有形變溫差映射集合，形變溫差映射集合包括多個(gè)子集，每一個(gè)子集包括一個(gè)溫差 值和一個(gè)形變值;形變計(jì)算模塊根據(jù)當(dāng)前溫差獲得對應(yīng)的形變值作為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸形變量。
【文檔編號(hào)】G05B19/404GK105867302SQ201610237653
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】毛益飛, 楊紀(jì)村, 葛峰, 王宇, 石云, 張帝
【申請人】安徽省捷甬達(dá)智能機(jī)器有限公司