[发明专利]一种机床开关机时热误差补偿系统的智能处理方法

说明书

本发明提供了一种机床开关机时热误差补偿系统的智能处理方法，属于数控机床热误差补偿技术领域。针对目前热误差补偿方法在机床热态启动时补偿效果变差的问题，本发明在热误差补偿过程中，以一定的周期记录进给轴和主轴的相关热特性数据。在补偿装置随机床启动时，补偿软件在启动初始化中根据关机时间判断为热态启动还是冷态启动。若为热态启动则根据关机时间及记录的热特性数据计算出进给轴和主轴当前的热状态，并将该热状态作为热误差模型计算的初始值。该策略的优点在于：解决了热误差补偿状态必须在机床冷态时启动的问题，提高了机床热启动时的补偿精度，增加了热误差补偿的适用情况。

技术领域

本发明涉及数控机床热误差补偿领域，具体为一种机床开关机时热误差补偿系统的智能处理方法。

背景技术

在影响机床精度的诸多因素中，热变形所在比重原来越大。而且机床精度越高，受热变形的影响越大。德国阿亨工业大学H.Brauning分析在使用现代机床制造零件的加工误差中，热变形引起的加工误差占总误差的50％。英国和日本的学者也得出了类似结论。

从上个世纪30年代瑞士最早发现机床热变形是影响定位精度的主要因素以来，国内外学者对机床热变形机理、热误差建模和热误差实时补偿等技术进行了大量研究。

1967年日本的Yoshida和Honda通过应变仪测量出机床的热变形，并通过分析试验数据得到了机床热变形与温度分布之间的关系。1973年Okushima采用有限元模型对机床的热变形进行预测，并通过在机床关键位置上增加外部热源的方式来控制机床热变形。1984年日本学者小岛辉一通过安装在主轴箱上的检测装置对机床热误差进行检测，并基于数控系统的补偿接口实现了加工中心热误差的补偿。1985年美国的M.A.Donmey等提出机床主轴热误差与温度近似成指数函数关系，其表达式为Σ＝a₀+a₁ΔT+a₂(ΔT)²+a₃(ΔT)³，其中a_i(i＝0,1,2,3)为转化系数；ΔT为温升。1993年日本OKK公司基于模糊控制理论的主轴头热误差补偿装置可以基于温度对主轴头的润滑油供应量进行精确控制，从而使机床与环境温度尽量统一，已达到减小热误差的目的。该装置可以实现24小时内主轴头热误差控制在20微米以内。

1985年北京机床研究所针对一台数控线切割机进行了热误差补偿。1992年浙江大学根据热变形规律的非线性等特显，提出了基于模糊集理论设计的前馈补偿控制方法，并取得了良好效果。1996年天津大学在一台加工中心上利用多自由度检测装置对主轴热误差进行了检测，在机床关键位置布置了12各温度传感器，基于人工神经网络建立了主轴热误差与温度的关系模型，并通过实际加工验证了补偿效果。

随着热误差建模和补偿技术的不断突破，热误差实时补偿得到了广泛应用，并申请了大量专利。

1991年Hermle.Harald发明的机床热误差补偿装置可以实现对机床加工过程中产生的线性热膨胀误差快速而准确地补偿，该装置获得了德国专利。H.Youden David发明的热误差补偿装置可实时检测精密车床的热误差，并将误差信息反馈给数控系统，从而实现了热误差的实时补偿，该装置获得了美国专利。1992年Schmid Robert发明的适用于数控加工中心的热误差补偿系统获得了德国专利。2002年日本FANUC提出了一种基于主轴运行生热和热传导原理的热误差计算方法，获得了欧盟专利。2010年日本大畏提出了基于转速变化和温度的数控机床主轴热误差补偿方法，该方法获得了美国专利。