[发明专利]一种用于大型数控机床的温度补偿系统及补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度补偿系统及补偿方法，尤其涉及一种用于大型数控机床的温度补偿系统及补偿方法。

技术背景

金属材料具有“热胀冷缩”的性质，该特性在物理学上通常用热膨胀系数描述。目前，数控机床的床身、立柱、拖板等导轨基础件和滚珠丝杠等传动部件都是由金属材料制成，由于驱动电机的发热、运动部件摩擦发热以及环境温度等的变化，均会对机床运动轴位置产生附加误差，这将直接影响机床的定位精度，从而影响工件的加工精度。

对于在普通车间环境条件下使用的数控机床尤其是行程比较长的大型机床，热膨胀系数的影响更不容忽视。比如对行程5米的进给轴来说，金属材料的热膨胀系数为10ppm(10μm/每1m每1度)，理论上温度每上升1度，5m的行程的X轴就“胀长”50μm。日温差和冬夏季节温差的影响便可想而知。因此高精度机床要求在规定的恒温条件下制造或使用，普通条件下使用的数控机床为保证较高定位精度和加工精度，必须采取措施消除其误差。

发明内容

本发明在于克服现有技术的缺陷，而提供一种用于大型数控机床的温度补偿系统及补偿方法，它能够进行有效的温度补偿，提高数控机床的定位精度和加工精度。

实现上述目的的技术方案是：

本发明之一的一种用于大型数控机床的温度补偿系统，大型数控机床包括机床、伺服电机、驱动伺服电机的驱动器，其中，包括若干安装于所述的机床上的温度传感器、与所述的温度传感器依次相连的变送器、PLC模块、轴模块，所述的轴模块的一端与一进行温度补偿的数控单元相连，另一端与所述的驱动器相连，其中：

所述的数控单元包括依次相连的输出理想位置的数控机床插补模块、输出实际位置的修正模块以及输出位置信号的数控机床位置控制模块，还包括相连的采集温度的温度采集模块和输出补偿数据给修正模块的温度补偿计算模块。

上述的用于大型数控机床的温度补偿系统，其中，所述的温度补偿计算模块根据采集到的当前温度数据计算该温度时刻的机床相应的轴的温度补偿值，若温度补偿值为正值就通过数控机床位置控制模块控制轴负向移动，否则就正向移动。

上述的用于大型数控机床的温度补偿系统，其中，所述的PLC模块包括一A/D接口，该A/D接口与所述的变送器相连以进行模/数转换。

上述的用于大型数控机床的温度补偿系统，其中，所述的PLC模块和数控单元均通过总线接口与所述的轴模块相连以传输数据。

上述的用于大型数控机床的温度补偿系统，其中，所述的轴模块包括有一输出模拟量信号给驱动器的D/A转换模块和一接受驱动器位置反馈信号的位置反馈模块。

本发明之二的一种用于大型数控机床的温度补偿方法，其中，它包括以下步骤：

采集步骤，采集当前的温度数据，以某个温度为基准，测量相应轴的各个位置误差，得到这个温度误差曲线；

计算温度补偿值步骤，计算该温度时刻的补偿值，计算时，采用以下公式进行计算：

ΔKx(T)＝Ko(T)+tanβ(T)*(Px-Po)

其中：ΔKx(T)为轴Px位置的定位误差温度偏差补偿值；

Ko(T)是与轴位置不相关的温度偏差；

Px为轴的实际位置

Po为轴的参考点位置；

tanβ(T)为与轴位置相关的温度补偿系数，该温度补偿系数为定位误差曲线的角度；

修正步骤，将计算温度补偿值步骤中得到的补偿数据与理想位置数据进行运算修正轴的运动；

输出步骤，若定位误差温度偏差补偿值ΔKx(T)为正值就控制轴负向移动进行位置补偿，以消除热效应带来的误差，否则就正向移动。

本发明的有益效果是：本发明通过温度传感器获取机床各位置的实际温度曲线，通过温度补偿将补偿量输出给驱动器，带动伺服电机进行位置补偿，采用温度补偿计算模块和插补模块进行修正，输出实际位置的补偿量，该系统克服了在普通车间环境条件下使用的数控机床易产生误差的缺点，提高了加工精度及定位精度。

附图说明

图1是本发明之一的用于大型数控机床的温度补偿系统的结构示意图；

图2是本发明之一的用于大型数控机床的温度补偿系统的数控单元的结构示意图；

图3是本发明之二的用于大型数控机床的温度补偿方法的流程图；

图4是本发明之二的误差曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。