[发明专利]补偿机床上依赖于温度的位置变化的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及对机床上的依赖于温度的位置变化进行补偿的方法和装置，其中该机床具有至少一个线性轴。根据本发明，在机床线性轴的温度测量位置侦测至少一温度值，然后得到参考温度与侦测到的温度之间的温差值，根据该温差值确定一个补偿值，然后当控制机床时，根据该确定的补偿值对机床的依赖于温度的位置变化进行补偿。该依赖于温度的位置变化例如为，夹持在机床上的刀具或工件的依赖于温度的位移，或者是机床或线性轴上的组件的依赖于温度的位移。

而且，本发明也涉及一种包括机床和补偿装置的系统，其中该机床尤其是NC或CNC机床，具有至少一线性轴，而该补偿装置用于补偿该机床上依赖于温度的位置变化。

背景技术

本发明涉及通过计算补偿值而使用补偿方式来平衡机床上的热漂移(thermal shift)，这些补偿值用于供该机床的数字或可编程逻辑控制来补偿这些热漂移。

在这方面，机床上的热漂移例如是组件(例如机架组件)翘曲，这种翘曲的原因可能是因为组件被加热，尤其是例如这些组件被安装在组件一侧的导引或驱动件的热量输入不均匀地加热。当机架组件被其一侧的导引和驱动件加热时，该材料的加热侧将会根据该单侧加热而膨胀。由于这种单侧加热，机架组件的加热侧的长度将会长于其背面一侧的长度，从而造成翘曲。这种行为会造成位置误差，这种位置误差会在控制机床和机床的线性轴时分别加以补偿。

基本上，机床组件的上述变形被称为机床的热生长(thermal growth)。机床出现这种热生长是因为热膨胀系数。热生长一方面产生于例如机床滑轨或床身的线性热膨胀。这部分线性热膨胀等于组件温度的均匀上升量乘以热膨胀系数。

然而，热生长的第二部分产生于不均匀的温差，这些不均匀的温差可能出现在机床组件上。造成这些温差的原因可能是，例如，对机床组件的不均匀热量输入。例如，如果在机床组件(例如机床的线性轴的滑轨)上，驱动和导引件安装在底部，则相对于组件顶部，该底部会被更强烈和快速地加热。因此，这经常导致机床的机架组件的安装有导引和驱动件一面成为热的或被快速加热的一面，而另一面成为冷的或较慢且不那么强烈的加热面。这种单侧加热造成暴露在这种不均匀加热中的组件发生翘曲。

关于上述机床中热量导致的漂移，利用主动冷却机床及其组件的方式来降低或避免这种热量导致的漂移在现有技术中是已知的。因此，可能会使用一种媒介，通过一冷却单元将其冷却到预定温度或由一设定值控制的温度，以对机床的一些或所有组件进行局部冷却，尤其是例如对机床的产热中心部位(比如，主轴或驱动件)进行冷却。

这种通过主动冷却一些或所有机床部件的方式可有效降低或避免上述的均匀加热情形下的组件长度变化。然而，由于这种冷却剂的有限的局部输入，温差的产生不可能被完全防止，在有的部分甚至加强了，使得这种热量导致的变形(由于机床组件的不同侧的温差的缘故，可能会引起机架组件翘曲)无法通过主动冷却机床而被完全阻止，或者甚至被加强了。

这样的话，在现有技术中的一种方法是通过下列方式补偿机床上的热量导致的漂移，其测量机床组件上的一个或多个温度值并在机床控制单元中通过叠加该轴目标位置来计算与测量到的温度相关联的一个补偿值。在这方面，现有技术中的一种已知的控制补偿中，其补偿值是根据测量到的机床组件上的温度或温差来计算的。

这种计算例如可以根据下列方程式进行：

ΔA1＝(T_REFERENCE_11-T_BASE_11)·K_11+(T_REFERENCE_12-T_BASE_12)·K_12+...++(T_REFERENCE_1N-T_BASE_1N)·K_1N       (1)

ΔAN＝(T_REFERENCE_N1-T_BASE_N1)·K_N1+(T_REFERENCE_N2-T_BASE_N2)·K_N2+...+(T_REFERENCE_NN-T_BASE_NN)·K_NN        (2)

在这里，ΔA1是针对机床第一轴A1的修正值或补偿值，ΔAN是针对机床第N轴AN的补偿值。在机床的轴A1的组件上侦测参考温度和基本温度T_REFERENCE_11和T_BASE_11，就会得到对应的温差。另外，在机床的其他轴A1至AN上分别侦测参考温度和基本温度，然后得到对应的温差。