[发明专利]一种精密机床温度场主动控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，特别是一种精密机床温度场主动控制系统及方法。

背景技术

近年来，我国制造业的迅猛发展对高档数控机床加工性能、综合精度水平提出了越来越高的要求，使得机床热平衡设计与热动特性研究成为保证高档数控机床高精度和高精度保持性的重要因素。研究表明，在精密及超精密数控机床的加工中，由热效应引起的机床误差一般占到综合误差的40%-70%左右。如何有效改善热特性，最大限度降低机床热误差，已成为我国制造业中亟待解决的一大关键性技术问题，将对我国高档数控装备自主设计制造能力的提高产生深远影响。传统的精密数控机床热误差补偿模式主要是通过机床数控系统预留的温度传感器接口导入实时的热敏感部位的温度测量值，并事先将补偿模型内嵌至数控系统中来实现，或者利用数控系统提供的坐标偏置技术来实现，都采取了根据温度传感器的检测值被动地采取补偿措施，来降低温度对机床加工精度的影响，不能主动控制机床热敏感部位的温度的变化，来保证加工精度，难以全面有效地降低热效应对机床精度的影响。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于主动温度控制策略的精密机床温度场主动控制系统及方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种精密机床温度场主动控制系统，包括信号采集系统、分层独立多点温控系统和内设温度场主动控制策略程序的温度场主动控制策略平台，所述信号采集系统包括设置在机床上的温度传感器和应力传感器；所述分层独立多点温控系统，接收来自所述温度场主动控制策略平台的信号，控制驱动其执行元件实现对机床各部位的分层独立温度控制；所述温度场主动控制策略平台，接收来自信号采集系统的信号，并运行所述温度场主动控制策略程序，输出策略指令信号至所述分层独立多点温控系统。

所述分层独立多点温控系统，包括两组冷却循环干路、分别与每组冷却循环干路相连的多组冷却循环支路以及控制系统，所述两组冷却循环干路输出不同温度冷却液，每组所述冷却循环干路包括一台冷却循环机和一台循环泵，所述冷却循环机设有冷却液输出温度检测装置和液位检测装置，每组所述冷却循环支路包括一个独立调温箱、流经热负载的冷却管路、一组输入电磁阀组和一组输出电磁阀组，所述独立调温箱的输入口通过所述输入电磁阀组分别与所述的两组冷却循环干路的输出口相连，所述独立调温箱的输出口与所述冷却管路的输入口相连，所述冷却管路的输出口通过所述输出电磁阀组分别与所述的两组冷却循环干路的输入口相连，所述控制系统控制所述输入电磁阀组和所述输出电磁阀组工作，使每组所述冷却循环支路同时只与一组所述冷却循环干路连通。

所述每个独立调温箱设有与所述控制系统相连的分控制单元，所述分控制单元包括温度传感器和温度显示器，所述温度传感器检测所述独立调温箱的输出口温度，所述温度显示器显示所述独立调温箱的输出口温度。

所述每个独立调温箱的输出口设有离心增压泵，用于增压输出冷却循环液。

所述冷却循环机设有温度上限、温度下限、高液位以及低液位的报警装置。

所述冷却管路包括自由安装式换热板，所述换热板通过磁铁块接触固定在机床热敏感控制点处，其外侧覆盖绝热盖板。

本发明还提供了一种精密机床温度场主动控制方法，包括如下步骤：

步骤一，分析精密机床的温升敏感点、热应力敏感点和热敏感控制点分布状态，在温升敏感点和热敏感控制点处设置温度传感器，在热应力敏感点处设置应力传感器，构建信号采集系统；

步骤二，构建精密机床的温度场主动控制策略函数，并编制温度场主动控制策略程序；

步骤三，所述温度场主动控制策略平台输入来自所述信号采集系统信号，运行所述温度场主动控制策略程序，输出温度控制策略指令信号至所述分层独立多点温控系统，对整机温度场主动进行温度控制。

所述步骤一，通过利用有限元软件对在工况条件下精密机床的温升、热应力以及热变形状态进行仿真，分析精密机床的温升敏感点、热应力敏感点和热敏感控制点分布状态。

所述步骤二，利用有限元软件，进行工况条件下精密机床的温升、热变形以及热应力的仿真分析，在精密机床温升敏感点和热敏感控制点处的温度参数以及热应力敏感点处的应力参数，与所述独立调温箱的输出冷却液温度之间构造映射关系样本集合，并基于该样本集合，利用系统辨识方法，得到精密机床的温度场主动控制策略函数。