[發明專利]一種機床開關機時熱誤差補償系統的智能處理方法

有效

• 申請號: 201810731148.0
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN108803484B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 劉闊;王永青;李特;劉海波;吳嘉錕;厲大維
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明提供了一種機床開關機時熱誤差補償系統的智能處理方法，屬于數控機床熱誤差補償技術領域。針對目前熱誤差補償方法在機床熱態啟動時補償效果變差的問題，本發明在熱誤差補償過程中，以一定的周期記錄進給軸和主軸的相關熱特性數據。在補償裝置隨機床啟動時，補償軟件在啟動初始化中根據關機時間判斷為熱態啟動還是冷態啟動。若為熱態啟動則根據關機時間及記錄的熱特性數據計算出進給軸和主軸當前的熱狀態，并將該熱狀態作為熱誤差模型計算的初始值。該策略的優點在于：解決了熱誤差補償狀態必須在機床冷態時啟動的問題，提高了機床熱啟動時的補償精度，增加了熱誤差補償的適用情況。

技術領域

本發明涉及數控機床熱誤差補償領域，具體為一種機床開關機時熱誤差補償系統的智能處理方法。

背景技術

在影響機床精度的諸多因素中，熱變形所在比重原來越大。而且機床精度越高，受熱變形的影響越大。德國阿亨工業大學H.Brauning分析在使用現代機床制造零件的加工誤差中，熱變形引起的加工誤差占總誤差的50％。英國和日本的學者也得出了類似結論。

從上個世紀30年代瑞士最早發現機床熱變形是影響定位精度的主要因素以來，國內外學者對機床熱變形機理、熱誤差建模和熱誤差實時補償等技術進行了大量研究。

1967年日本的Yoshida和Honda通過應變儀測量出機床的熱變形，并通過分析試驗數據得到了機床熱變形與溫度分布之間的關系。1973年Okushima采用有限元模型對機床的熱變形進行預測，并通過在機床關鍵位置上增加外部熱源的方式來控制機床熱變形。1984年日本學者小島輝一通過安裝在主軸箱上的檢測裝置對機床熱誤差進行檢測，并基于數控系統的補償接口實現了加工中心熱誤差的補償。1985年美國的M.A.Donmey等提出機床主軸熱誤差與溫度近似成指數函數關系，其表達式為Σ＝a₀+a₁ΔT+a₂(ΔT)²+a₃(ΔT)³，其中a_i(i＝0,1,2,3)為轉化系數；ΔT為溫升。1993年日本OKK公司基于模糊控制理論的主軸頭熱誤差補償裝置可以基于溫度對主軸頭的潤滑油供應量進行精確控制，從而使機床與環境溫度盡量統一，已達到減小熱誤差的目的。該裝置可以實現24小時內主軸頭熱誤差控制在20微米以內。

1985年北京機床研究所針對一臺數控線切割機進行了熱誤差補償。1992年浙江大學根據熱變形規律的非線性等特顯，提出了基于模糊集理論設計的前饋補償控制方法，并取得了良好效果。1996年天津大學在一臺加工中心上利用多自由度檢測裝置對主軸熱誤差進行了檢測，在機床關鍵位置布置了12各溫度傳感器，基于人工神經網絡建立了主軸熱誤差與溫度的關系模型，并通過實際加工驗證了補償效果。

隨著熱誤差建模和補償技術的不斷突破，熱誤差實時補償得到了廣泛應用，并申請了大量專利。

1991年Hermle.Harald發明的機床熱誤差補償裝置可以實現對機床加工過程中產生的線性熱膨脹誤差快速而準確地補償，該裝置獲得了德國專利。H.Youden David發明的熱誤差補償裝置可實時檢測精密車床的熱誤差，并將誤差信息反饋給數控系統，從而實現了熱誤差的實時補償，該裝置獲得了美國專利。1992年Schmid Robert發明的適用于數控加工中心的熱誤差補償系統獲得了德國專利。2002年日本FANUC提出了一種基于主軸運行生熱和熱傳導原理的熱誤差計算方法，獲得了歐盟專利。2010年日本大畏提出了基于轉速變化和溫度的數控機床主軸熱誤差補償方法，該方法獲得了美國專利。