[发明专利]一种数控铣头热误差补偿方法及系统

说明书

本发明公开了一种数控铣头热误差补偿方法及系统，考虑了无误差情况和实际状态下铣头的热误差，并通过建立热误差补偿数学模型，得到了实际加工情况下各误差补偿量；通过将所建立的数学模型导入到热误差补偿系统中，基于温度传感器采集的数据经模/数转换器模块传递到铣头控制系统，分析计算热误差补偿值，进而对铣头实际工作中的热误差进行补偿；通过编写执行程序，经循环加工以满足精度要求，实现了实际条件下的铣头热误差实时补偿和有效控制，有效提高了数控铣头的加工精度。

技术领域

本发明涉及一种数控铣头的热误差分析领域，特别地涉及一种数控铣头热误差补偿方法及系统。

背景技术

随着数控机床加工技术的不断精密化，直驱式数控铣头技术的快速发展，这对机械加工精度和可靠性提出了更高的要求。误差是评价机床精度的主要指标，其中数控机床几何误差和由温度引起的热误差两者约占机床总误差的50％以上，有效控制热误差对提高数控铣头加工精度来说至关重要。目前关于铣头的误差分析与补偿主要是针对几何误差，由于几何误差相对稳定，易于进行误差补偿，因此只有少数对铣头自身的热误差进行分析及补偿研究，并且对于数控铣头热误差建模与补偿的方法尚未成熟。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术中的不足，提供了一种数控铣头热误差补偿方法及系统，考虑了无误差情况下和实际状态下铣头的热误差并建立了热误差补偿数学模型，将所建立的数学模型导入热误差补偿控制系统，基于温度传感器采集的数据经模数转换器模块传递到控制系统，进行分析计算热补偿值，对铣头实际工作中的热误差进行补偿，编写了执行程序，经循环加工以满足精度要求，实现铣头的热误差实时补偿。

本发明通过下述技术方案实现技术目标。

本发明提供一种数控铣头热误差补偿方法及系统，由于铣头受热源影响，内部温度分布发生改变，在实际状态下刀具与工件间的定位偏差造成机床加工精度降低，进而导致加工产品不达标。这种偏差可通过建立热误差补偿的数学模型表示，在无误差情况下，忽略机床坐标的变化及主轴热变形，求解铣头受热变形与各分量的联系，针对热误差补偿进行建模。基于温度传感器采集的数据信号，转换传递到控制系统中分析计算热补偿值。同时，通过编写加工程序，实现对铣头实际加工过程中的热误差实时补偿。

所述的热误差补偿数学模型区别于传统方法对几何误差进行误差补偿，由于铣头内部结构紧凑，其工作原理与机床主轴箱相似，因此考虑数控铣头自身热误差的角度，以机床热误差补偿为参考，对铣头的热误差进行分析和有效补偿。

本发明涉及一种实现上述方法的热误差补偿系统，具体包括：直驱式数控铣头、模型编辑键入模块、输出接口、终端、温度传感器节点、中间节点、模/数转换器模块、热误差补偿数学模型、直驱式铣头控制系统、数控系统、编程器、显示模块。通过选取所述直驱式数控铣头关键位置的测温点布置温度传感器，所述温度传感器获取各测点的温度信号，所述温度信号输送至中间节点。

具体的，所述中间节点将温度信号转换为电压信号并放大。通过所述模数转换器模块将模拟信号转换为数字信息，并将其输入至直驱式数控铣头控制系统，所述直驱式数控铣头控制器根据实际加工条件分析热误差补偿的数学模型，计算出最终的热补偿误差，实现对铣头加工过程中产生的热误差的控制和补偿。

进一步的，所述热误差补偿数学模型的分析结果以所述显示模块显示出来。

具体的，所述温度传感器布置，优选地选取关键位置四个测温点，分别为C轴电机转子测点、A轴电机转子测点、铣头轴承测点、铣头壳体测点。

本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：

1、通过本发明，建立了考虑铣头分别在无误差和实际状态下的热误差补偿模型，反映铣头当前误差的分布，有效为直驱式数控铣头的热误差补偿值求解提供基础，使系统有较高的精度。

2、本发明建立的热误差补偿系统，有效实现对铣头加工过程中产生的热误差的控制和实时补偿，提高了直驱式数控铣头的加工精度。