[發(fā)明專利]數控機床及其控制系統(tǒng)與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710944310.2
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN109597352B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設計）人: 佘豐客;任超
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 趙冬梅

本發(fā)明提供一種由數控機床的工業(yè)主機實現的控制方法，該CNC機床還包括機床控制器，用于切削工件的刀具以及與所述刀具連接的主軸，所述主軸內置電機，所述控制方法包括：從所述機床控制器處獲取所述數控機床的至少一個工作參數；根據獲取的所述至少一個工作參數確定所述主軸的溫度分布信息；根據所確定主軸的溫度分布信息，計算所述主軸的變形量；向所述機床控制器發(fā)送控制命令以控制所述機床控制器根據所計算的主軸的變形量調整所述刀具的驅動進給量。本發(fā)明通過采用仿真主軸的有限元模型分析主軸的變形量，因此提高了計算的準確度。

背景技術

隨著數控機床(Computer Numerical Control，CNC)技術的發(fā)展，數控機床可以加工出越來越精密的部件。而這種精密部件的精度顯然對刀具驅動進給量的誤差控制提出了更高要求，而數控機床主軸在加工過程中由于發(fā)熱而引起的主軸變形是造成刀具進給量誤差的一個重要因素。因此在數控機床中，通常要消除這種由于主軸變形對刀具的驅動進給量的影響。

在傳統(tǒng)技術中，通常使用傳感器來實際檢測數控機床主軸的發(fā)熱程度，通常這些傳感器安裝在數控機床上，從主軸外部對主軸溫度進行檢測，或者由主軸生產廠家直接在主軸中嵌入溫度傳感器，由此與數控機床連接的工業(yè)主機可在數控機床控制器的加工過程中直接讀取該主軸中傳感器測量的主軸溫度，并根據實測的主軸溫度估算出主軸的變形量，從而依據估算得到的主軸的變相量來確定刀具的驅動進給量。

雖然利用溫度傳感器可以很好地解決主軸變形的校正問題，但是在某些環(huán)境下并不適宜于傳感器的使用。例如切削碎屑或切削液可能會腐蝕傳感器的連線，甚至影響傳感器的檢測元件，因此常常導致傳感器不能夠正常工作。

發(fā)明內容

本發(fā)明期望提出一種改進的數控機床及其控制系統(tǒng)，無需在數控機床加工零件的過程中通過傳感器測量數控機床主軸的溫度，進而避免了由于傳感器異常而導致溫度測量不準確、刀具的驅動進給量不精確的問題。

發(fā)明人通過大量的實驗和研究，發(fā)現了數控機床的運行參數和主軸的溫度分布之間的關系。從而根據數控機床的運行參數來確定主軸的溫度分布參數，進而根據確定的溫度分布參數計算得到主軸的變形量，最終確定刀具的驅動進給量。有效地避免了傳感器溫度測量不準確所造成的刀具驅動進給量不精確的問題。實現了對主軸溫度的準確預測，可使得數控機床具有更廣泛的應用環(huán)境。

按照本發(fā)明的一個方面，提供一種數控機床的控制方法，該數控機床還包括一個機床控制器，一個用于切削工件的刀具以及一個與所述刀具連接的主軸，所述主軸內置一個電機，所述主軸在所述電機的驅動下完成所述刀具的切削動作，所述控制方法包括：從所述機床控制器處獲取所述數控機床的至少一個工作參數，所述至少一個工作參數用于表示所述數控機床在加工過程中所處的狀態(tài)；根據獲取的所述至少一個工作參數確定所述主軸的第一溫度分布信息；根據所確定主軸的第一溫度分布信息，計算所述主軸的變形量；根據計算得到的所述主軸的變形量確定所述刀具的驅動進給量。根據該方案，有效地避免了傳感器溫度測量不準確所造成的刀具驅動進給量不精確的問題。

優(yōu)選地，根據獲取的所述至少一個工作參數確定所述主軸的第一溫度分布信息，包括：基于所述主軸的一個有限元模型FEM，根據獲取的所述至少一個工作參數確定所述主軸的所述第一溫度分布信息；根據確定的所述主軸的所述第一溫度分布信息，計算所述主軸的變形量包括：基于所述主軸的所述FEM，以所述主軸的所述第一溫度分布信息作為所述FEM的邊界條件，計算所述主軸的變形量。利用該方案，通過充分地考慮主軸的結構特征，通過為主軸預先建立有限元模型來實現對主軸溫度和主軸變形量的準確估計，從而實現對刀具進給量的更精確控制。