[发明专利]五轴数控机床主轴热变形误差补偿方法及系统

说明书

本发明提供了一种五轴数控机床主轴热变形误差补偿方法及系统，该方法包括以下步骤：在机床完全冷机状态下开机运行用于加工的程序，获取主轴的热传递滞后时间t1、升温时间t2、最大变形量S_max以及主轴热变形量与热机时间对应关系的指数型曲线的指数系数k并录入到数控系统补偿参数中；数控系统实时计算热机时间t对应的主轴热变形量s；数控系统计算刀轴方向；根据刀轴方向将主轴热变形量s分解到三个直线轴上分别对三个直线轴进行补偿。本发明根据机床主轴热变形量和热机时间的关系，事先标定变形量，在热机过程中实时沿刀轴方向进行补偿，从而保证零件的加工精度，成本低、调试周期短。

技术领域

本发明涉及数控加工技术领域，尤其涉及一种五轴数控机床主轴热变形误差补偿方法及系统。

背景技术

高精密加工技术近几年成为数控加工技术领域研究的重点和今后的发展方向，其研究的内容包括高精密机床、高分辨电机、高响应伺服驱动以及高精度插补和综合误差补偿。研究表明：机床的空间几何误差和热误差是影响加工精度最主要原因之一，比重占70%以上，因此通过系统补偿技术提高加工精度是有效的技术手段，尤其是在目前将五轴高档数控机床作为战略物质的工业大环境下，显得格外至关重要。

五轴数控机床提高加工精度常用做法是在进给轴上安装光栅尺，通过高精密外部反馈设备，解决进给轴几何误差和热误差引起的运动精度的问题。但是在加工过程中，主轴长时间运转，沿刀轴方向存在热变形，加工尺寸因此会受到影响。传统的热误差补偿是根据机床主轴热变形量和机床温度的关系，是基于有温度传感器的方式，该方式对于采集卡及温度传感器的安装、布线、功能调试需要较长的周期和一定的成本投入。

发明内容

本发明的目的在于提供一种五轴数控机床主轴热变形误差补偿方法及系统，旨在用于解决现有的机床在热机过程中由于主轴变形量引起的加工精度的问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种五轴数控机床主轴热变形误差补偿方法，包括以下步骤：

S1，在机床完全冷机状态下开机运行用于加工的程序，获取主轴的热传递滞后时间t1、升温时间t2和最大变形量S_max，根据滞后时间t1、升温时间t2和最大变形量S_max计算主轴热变形量与热机时间对应关系的指数型曲线的指数系数k，并将滞后时间t1、升温时间t2、最大变形量S_max以及指数系数k的值录入到数控系统补偿参数中；

S2，数控系统根据滞后时间t1、升温时间t2、最大变形量S_max以及指数系数k建立主轴热变形量与热机时间对应的关系模型，通过关系模型实时计算热机时间t对应的主轴热变形量s；

S3，数控系统计算刀轴方向；

S4，数控系统根据刀轴方向将主轴热变形量s分解到三个直线轴上分别对三个直线轴进行补偿。

进一步地，所述步骤S2中建立的主轴热变形量与热机时间对应的关系模型如下：

其中，t为热机时间，s为主轴热变形量，t1为热传递滞后时间，t2为升温时间，S_max为最大变形量，k为指数系数。

进一步地，所述步骤S3中数控系统计算刀轴方向的方法如下：

当五轴数控机床为双摆头型，

当五轴数控机床为双转台型，

当五轴数控机床为混合型，

其中，、分别为五轴数控机床的两个旋转轴的旋转矩阵，为刀具初始方向坐标，为刀轴方向。

进一步地，还包括以下步骤