[发明专利]基于人机界面二次开发的数控机床误差补偿系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种数控机床加工技术领域的装置及方法，具体是一种基于人机界面二次开发的数控机床误差补偿系统。

背景技术

精密和超精密加工技术已成为现代机械制造中最重要的组成部分和发展方向，并成为提高国际竞争能力的关键技术。数控机床作为机械制造中的重要工具，它的精度指标是影响工件加工精度的重要因素。然而，由于数控机床存在着几何误差（由机床本身制造、装配缺陷造成的误差）、热误差（由机床温度变化而引起热变形造成的误差）、切削力引起的误差和刀具磨损产生的误差等众多误差元素，严重影响了数控机床的加工精度。研究表明：机床的几何误差、热误差引起的误差约占机床总误差的70%，所以数控机床几何误差和热误差的补偿对提高机床加工精度具有重大意义。

目前市场上数控机床的数控系统主要是发那科和西门子两大类，不同数控系统的数控机床误差补偿方法存在很大差异。经对现有的文献资料检索发现，对发那科数控系统的数控机床的误差补偿研究有较多成果，如：中国专利“基于机床外部坐标系偏置的数控机床误差实时补偿器”（申请号：200410093428.1），中国专利“数控机床定位误差实时补偿装置”（申请号：200710045903.1）和中国专利“数控机床几何与热复合位置误差的智能补偿”（申请号：201210122422.7）。

然而以上这些文献采用的补偿方法都是发那科数控系统的EMS（外部零点偏移）功能，而对西门子数控系统的数控机床补偿方案研究较少。西门子数控系统在数控机床上的应用很广泛，其840D等系统多用于高端类型的数控机床上，故对于西门子840D数控系统的数控机床的误差补偿方案研究有其必要性。

发明内容

本发明针对现有研究存在的上述不足，提出一种基于人机界面二次开发的数控机床误差补偿系统，该方法基于人机界面二次开发，具有对西门子840D数控机床进行高精度的误差补偿功能和良好的在线状态监控功能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于人机界面二次开发的数控机床误差补偿系统，其包括补偿系统硬件部分和内置于该补偿系统硬件部分中的补偿系统软件部分；所述补偿系统硬件部分包括：西门子840D数控系统PCU、温度传感器、温度数据采集卡和误差测量仪器，其中，温度传感器与温度数据采集卡相连接，温度数据采集卡通过以太网与西门子840D数控系统PCU连接，从而实时传输温度传感器测量得到的机床关键测点的温度值，误差测量仪器测量机床在不同关键测点温度下的误差数据；所述补偿系统软件部分采用VB编程模式，其包括：温度采集模块、热误差补偿模块、空间误差补偿模块和状态监控模块，补偿系统软件根据机床关键测点的温度值以及误差测量仪器在关键测点温度下测得的误差数据，建立机床各运动轴的误差元素模型和空间误差模型，温度采集模块按一定周期循环采集机床关键测点的温度值传输给西门子840D数控系统PCU，西门子840D数控系统PCU根据空间误差模型，将当前关键测点温度下所测量得到的所有误差项都解耦到X、Y、Z三个运动方向上，确定X、Y、Z三个运动轴的总误差，继而计算出机床各运动轴在当前关键测点温度下误差曲线的拟合斜率值并保存到西门子840D数控系统PLC的闲置DB块的字节中，利用西门子840D数控系统PLC的FB3写参数功能，将该闲置DB块对应字节下的拟合斜率值写到西门子840D数控系统的参数43910中，在参数32750中选择热误差补偿模式，参数43900中确定与位置无关的温度补偿值，参数43920中设定参考原点，最终利用西门子840D数控系统自带的热误差补偿功能实现空间误差补偿。

所述的西门子840D数控系统PCU是指：西门子数控系统自带的计算机，其具有本身独立的CPU，还带有硬盘、软驱，西门子840D数控系统PCU的控制软件储存在该计算机中。

所述的温度传感器是指：铂热电阻PT100，分布在机床的关键温度测点上，测量范围为0℃-100℃，测量分辨率可达到±0.1℃。

所述的温度数据采集卡是指：研华公司生产的Adam-6015型数据采集卡，具有7路差分式温度采集通道，有效分辨率可达16位，采样速率最高可达10采样点/秒，支持PT100两线制或三线制的连接方式，支持以太网数据传输协议。

所述的误差测量仪器是指：对机床运动轴误差，如几何误差和热误差进行测量的仪器，其包括激光干涉仪和球杆仪等。