數(shù)控機(jī)床空間誤差補(bǔ)償裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于精密加工或誤差補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)控機(jī)床空間誤差補(bǔ)償裝置，能夠?qū)崟r(shí)補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床的空間誤差，提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對(duì)機(jī)床加工精度的要求日益提高，機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響越來越大。在精密加工中，機(jī)床熱變形引起的加工誤差即熱誤差占總誤差的40-70%左右。為減小熱誤差，提高機(jī)床加工精度目前主要有兩種方法:誤差補(bǔ)償法和誤差防止法。誤差防止法主要通過設(shè)計(jì)和制造途徑來降低零部件的熱變形，消除或減少可能的熱源。由于技術(shù)限制應(yīng)用誤差防止法很難徹底消除熱誤差，且加工精度要求高于某一標(biāo)準(zhǔn)后，誤差防止法的成本會(huì)按指數(shù)規(guī)律增加。誤差補(bǔ)償法主要通過分析、統(tǒng)計(jì)、歸納掌握機(jī)床關(guān)鍵熱源溫度對(duì)熱誤差的影響規(guī)律，從而建立熱誤差模型，并利用模型計(jì)算結(jié)果去抵消熱誤差。
[0003]目前對(duì)熱誤差補(bǔ)償技術(shù)的研究主要還是集中在高等院校，比較有影響的有美國(guó)密西根大學(xué)的J.Ni團(tuán)隊(duì)、韓國(guó)慶北大學(xué)的Seung-Han Yang團(tuán)隊(duì)、新加坡國(guó)立大學(xué)的R.Ramesh團(tuán)隊(duì)、上海交通大學(xué)的楊建國(guó)團(tuán)隊(duì)。總結(jié)他們的研究成果，可以得到如下結(jié)論:
(1)所建模型主要對(duì)機(jī)床主軸在軸向的熱變形、機(jī)床主軸在徑向的熱變形、機(jī)床主軸在徑向與軸向的熱變形、刀具相對(duì)工件在不同坐標(biāo)軸方向的位移誤差、機(jī)床在各坐標(biāo)軸方向的定位誤差等進(jìn)行預(yù)測(cè)，模型一般只能用于某一特定機(jī)床，魯棒性較差；
(2)由于數(shù)控系統(tǒng)的封閉性，盡管只有少數(shù)人設(shè)計(jì)了誤差補(bǔ)償器，用于誤差補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，但都取得了較好的補(bǔ)償效果，機(jī)床精度得到顯著提高。
[0004]根據(jù)上述結(jié)論，這些研究建立的熱誤差模型主要是針對(duì)機(jī)床的某一坐標(biāo)軸方向，或某一誤差元素的。他們有的對(duì)機(jī)床主軸在軸向或徑向的熱誤差進(jìn)行了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，有的對(duì)刀具相對(duì)工件在某一坐標(biāo)軸方向的位移誤差進(jìn)行了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，進(jìn)而實(shí)施熱誤差補(bǔ)償，提高了機(jī)床的加工精度。同樣的建模及補(bǔ)償方法能否應(yīng)用于更為復(fù)雜的機(jī)床體積誤差呢？如果能，異常復(fù)雜的體積誤差測(cè)量就可以在線進(jìn)行，昂貴的激光測(cè)量?jī)x器就可變成廉價(jià)的溫度傳感器，機(jī)床的加工精度也會(huì)得到提高。能否應(yīng)用熱誤差補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)體積誤差的在線測(cè)量及補(bǔ)償已成為目前亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有體積誤差測(cè)量技術(shù)存在的問題，提供一種數(shù)控機(jī)床空間誤差補(bǔ)償裝置，可以根據(jù)實(shí)時(shí)采集的溫度和誤差信號(hào)對(duì)數(shù)控機(jī)床的體積誤差進(jìn)行補(bǔ)償，提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量方便、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的:根據(jù)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)位置和關(guān)鍵熱源溫度實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)數(shù)控機(jī)床的體積誤差，并通過數(shù)控接口把預(yù)測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)反饋給數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)而在線調(diào)整數(shù)控機(jī)床的加工運(yùn)動(dòng)，提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。
[0007]本發(fā)明的數(shù)控機(jī)床空間誤差補(bǔ)償裝置主要包括個(gè)人計(jì)算機(jī)、單片機(jī)模塊、數(shù)控接口模塊；個(gè)人計(jì)算機(jī)包括基于VC++的建模計(jì)算子模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子模塊和串口子模塊；單片機(jī)模塊包括溫度信號(hào)采集子模塊、位移信號(hào)采集子模塊、A/D轉(zhuǎn)換子模塊、串口及并口通訊子模塊和若干傳感器；數(shù)控接口模塊包括數(shù)控系統(tǒng)的PMC梯形圖及數(shù)控機(jī)床接口卡。
[0008]個(gè)人計(jì)算機(jī)安裝了基于VC++的空間誤差補(bǔ)償軟件，帶有個(gè)人計(jì)算機(jī)與補(bǔ)償裝置之間的串行接口。溫度信號(hào)及誤差信號(hào)通過串口送入個(gè)人計(jì)算機(jī)，進(jìn)行建模及誤差計(jì)算。
[0009]單片機(jī)模塊由溫度信號(hào)采集子模塊、位移信號(hào)采集子模塊、A/D轉(zhuǎn)換子模塊、串口及并口通訊子模塊和若干傳感器組成，以單片機(jī)為核心將各子模塊有機(jī)組合在一起。溫度傳感器的輸出經(jīng)溫度信號(hào)采集子模塊，送入A/D轉(zhuǎn)換子模塊，經(jīng)串口送入個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。機(jī)床位移及誤差信號(hào)經(jīng)位移信號(hào)采集子模塊、A/D轉(zhuǎn)換子模塊，經(jīng)串口和并口分別送入個(gè)人計(jì)算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算處理。串口和并口通訊子模塊主要完成單片機(jī)與個(gè)人計(jì)算機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)之間的信息交互。
[0010]數(shù)控接口模塊包括數(shù)控系統(tǒng)的PMC梯形圖，通過數(shù)控機(jī)床接口卡能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)與單片機(jī)模塊之間的信息交互。機(jī)床位置信號(hào)經(jīng)數(shù)控接口送入單片機(jī)系統(tǒng)，由單片機(jī)計(jì)算的誤差信號(hào)又通過并口送入數(shù)控系統(tǒng)。
[0011]單片機(jī)模塊是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床體積誤差補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵，單片機(jī)模塊通過并口、數(shù)控接口卡與數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息交互。單片機(jī)模塊一方面通過數(shù)控接口采集數(shù)控機(jī)床的位置信號(hào)，同時(shí)又將誤差補(bǔ)償控制信號(hào)如補(bǔ)償值、補(bǔ)償軸等送入數(shù)控系統(tǒng)，是整個(gè)數(shù)控機(jī)床空間誤差補(bǔ)償裝置的核心。
[0012]本發(fā)明的補(bǔ)償值通過單片機(jī)并口、數(shù)控機(jī)床接口卡送入數(shù)控系統(tǒng)以后，通過PMC梯形圖程序的控制，實(shí)時(shí)調(diào)整數(shù)控機(jī)床的加工運(yùn)動(dòng)，在工作過程中不需要對(duì)數(shù)控系統(tǒng)本身的運(yùn)行指令進(jìn)行修改，主要通過數(shù)控接口技術(shù)、單片機(jī)接口技術(shù)、修改PMC梯形圖程序等軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)體積誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。
[0013]本發(fā)明的數(shù)控機(jī)床空間誤差補(bǔ)償裝置不會(huì)對(duì)原有數(shù)控系統(tǒng)及加工程序產(chǎn)生影響，硬件結(jié)構(gòu)主要以單片機(jī)為核心，相對(duì)比較簡(jiǎn)單，易于在數(shù)控機(jī)床上安裝使用。同時(shí)，本發(fā)明裝置軟件開放，修改方便，成本較低，這為本裝置在數(shù)控機(jī)床的體積誤差測(cè)量及精密加工領(lǐng)域的推廣應(yīng)用提供了保障。
【附圖說明】
[0014]附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2是本發(fā)明裝置的信號(hào)傳輸流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
[0016]本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由個(gè)人計(jì)算機(jī)、單片機(jī)模塊、數(shù)控接口模塊構(gòu)成；個(gè)人計(jì)算機(jī)包括基于VC++的建模計(jì)算子模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子模塊和串口子模塊；單片機(jī)模塊包括溫度信號(hào)采集子模塊、位移信號(hào)采集子模塊、A/D轉(zhuǎn)換子模塊、串口及并口通訊子模塊和若干傳感器；數(shù)控接口模塊包括數(shù)控系統(tǒng)的PMC梯形圖及數(shù)控機(jī)床接口卡。
[0017]個(gè)人計(jì)算