[發明專利]基于機床外部坐標原點偏移的數控機床誤差實時補償器

在審

• 申請號: 201610207769.X
• 申請日: 2016-04-05
• 公開（公告）號: CN105700472A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 楊建國;拓占宇;李慧敏;姚曉棟
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 應小波

技術領域

本發明涉及精密加工機床技術領域，涉及一種用于數控機床的誤差實時補償 裝置，尤其是涉及一種基于機床外部坐標原點偏移的數控機床誤差實時補償器。

背景技術

目前，中國國產數控機床的國內市場占有率不足一半，而且還有下降趨勢。每 年要進口大量的數控機床，不僅花費大量外匯，而且往往在先進機床進口時受制于 人。與先進國家制造的機床相比，國產機床主要有兩個問題：一是精度低，二是可 靠性差。高精度數控機床制造能力不足已成為制約我國制造業升級的一個“瓶頸”。 數控機床誤差實時補償技術是提高數控機床精度的重要手段，如何制造一個物美價 廉的誤差實時補償器是補償技術中的關鍵所在。從目前來看，數控機床誤差實時補 償技術及其實時補償器在國外的應用程度不算普遍；在國內主要還處于起步階段， 有人提出了基于機床外部坐標原點偏移原理的數控機床熱誤差實時補償方法，進行 了初步試驗，但還沒有完全成功地研制出實時補償器。

經對現有技術的文獻檢索發現，趙宏林等人在《制造技術與機床》1999年第4 期上發表的“NC型誤差補償控制器的開發”一文，該文獻采取的是通過外部電路 及其軟件與數控系統的系統調試(CAE)接口(特殊系統具有的接口)，將誤差量 疊加到當前的位置脈沖當量中，以實現機床誤差的實時控制。這種補償器不但需要 數控系統具有比較完善和復雜的信號通訊硬件接口，而且需要補償實施者為數控系 統的專業人員，非常了解和熟悉所用數控系統的硬件結構和軟件編制。另外，該文 獻中也指出了：該補償器在國產開放型數控系統上推廣應用。而目前國產數控系統 在國內市場上應用也不多，開放型數控系統還沒普遍使用。所以，此種補償器應用 實施復雜、適用面窄，推廣難度較大。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于機床外 部坐標原點偏移的數控機床誤差實時補償器，該補償器通過實時采集溫度及誤差數 據，利用機床外部坐標偏移原理對誤差模型得出的誤差值進行實時補償，實驗結果 表明，該補償器能夠對機床誤差進行有效補償，操作過程簡便，適用性好，可有效 提高數控機床的加工精度。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于機床外部坐標原點偏移的數控機床誤差實時補償器，包括計算處理模 塊、CNC接口和運動控制模塊和傳感器及變送模塊，所述的計算機處理模塊分別 與CNC接口和運動控制模塊和傳感器及變送模塊連接；

所述的傳感器及變送模塊對機床的溫度和熱誤差信號進行多通道采集并將處 理后的信號輸入計算處理模塊，所述的計算機處理模塊根據預先設置的誤差模型計 算出補償值，并將補償值發送給CNC接口和運動控制模塊，所述的CNC接口和 運動控制模塊根據補償值來偏置機床外部坐標系原點并通過伺服系統進行機床的 附加運動，以實時修正機床誤差。

所述的計算處理模塊包括單片機、AD轉換接口、輸入輸出接口以及外部通訊 接口，所述的單片機通過輸入輸出接口與CNC接口和運動控制模塊，所述的單片 機通過AD轉換接口與傳感器及變送模塊連接，所述的單片機通過外部通訊接口與 外部微機連接，用于外部建模計算分析并將誤差模型導入單片機。

所述的傳感器及變送模塊包括溫度傳感器、位移傳感器和變送器，所述的變送 器的輸入端分別與溫度傳感器、位移傳感器連接，所述的變送器的輸出端與計算處 理模塊連接。

所述的變送器通過導線分別與溫度傳感器和位移傳感器連接。

所述的CNC接口和運動控制模塊包括機床數控系統中的部分輸入輸出接口和 伺服系統，所述的部分輸入輸出接口分別與伺服系統和計算處理模塊連接。

所述的傳感器及變送模塊將采集溫度信號處理后輸入到計算機處理模塊的 AD轉換接口，計算機處理模塊通過測點溫度與熱誤差間關系建立的熱誤差模型獲 得熱誤差量，將熱誤差量及相關的軸號轉換為開關量，由CNC接口和運動控制模 塊將信號讀寫至CNC的相關地址中，最后由相應的軸控伺服系統進行實時數據處 理。

與現有技術相比，本發明的補償信號通過數控機床的標準輸入輸出接口傳入 數控系統，無需修改原有數控系統的軟硬件，利用數控系統的機床外部坐標原點偏 移功能來實現誤差的實時補償。近幾年生產的FANUC數控系統目前在機床上廣泛 使用，都具有此機床外部坐標原點偏移功能，因此適用性較好，且便于推廣。本發 明結構簡單、使用方便、成本低廉、實時性強、補償有效。