[发明专利]一种新型数控机床定位误差实时补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型数控机床定位误差实时补偿装置，能实时调整刀具与被加工零件的相对位置，使数控机床获得更高的加工精度。属于精密机床技术或精密加工领域。

背景技术

经过多年发展，我国机床生产取得了很大成绩，已跻身机床生产大国行列，但就技术水平和整体实力而言，在世界上仅处于第二梯队的中前位置。目前，我国生产的数控机床约占国内市场份额的31%，其余从境外进口。时下我国中高端数控机床市场的绝大部分被境外产品占领，其中高端数控机床国内产品的市场占有率仅4%左右。随着现代制造业对精密加工零件的要求越来越高，对高精度的数控机床的需求将越来越大，如果单纯依赖进口，不仅花费大量外汇，而且往往在先进机床进口时受制于人，因此提高我国机床产品的精度和可靠性有着十分巨大的意义。

    提高机床精度有两种基本方法：误差防止法和误差补偿法。误差防止法是试图通过设计和制造途径消除或减少可能的误差源。误差防止法采用的是“硬技术”，它虽能减少原始误差，但靠提高机床制造和安装精度来满足机床的精度有着很大的局限性，经济上的代价往往很昂贵，特别是需要进口更精密的机床作为生产机床的工作母机。误差补偿是指人为地造出一种新的误差去抵消或大大减弱当前成为问题的原始误差，通过分析、统计、归纳及掌握原始误差的特点和规律，建立误差数学模型，尽量使人为造出的误差和原始误差两者的数值相等、方向相反，从而减少加工误差，提高零件尺寸精度。误差补偿采用的是“软技术”，其投入的费用与提高机床本身精度或新购买高精度机床相比较，价格要低得多。误差补偿技术是一项具有显著经济价值并十分有效的提高机床精度的手段。

目前，数控机床的定位误差补偿的方法主要有根据测量得到的误差数据对数控程序进行修改，在开放式数控系统中则可以作为后置处理的参数进行处理；还有一种方法也是最常用的方法就是利用数控系统具有的误差补偿功能，将误差数据以表格的形式输入数控系统对螺距误差和背隙误差等进行补偿。但是，这些补偿方法最大的缺点在于，机床在使用过程中，随着机床温度场的变化，这些机床的定位误差会随着温度的变化而变化，如果温度变化造成的定位误差过大，将很大程度上影响工件的加工精度。因此，必须设计出一种实用和性能价格比高可以对数控机床定位误差进行实时补偿的补偿装置。目前，数控机床误差实时补偿技术及其实时补偿器在国外的工厂企业中大批量应用的并不很多，还没达到商业化程度；在国内则主要还处于实验室阶段，虽然也有文献提到研制了补偿装置，但是应用实施复杂、适用面窄，不具有普遍性，难以推广实际应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种数控机床定位误差实时补偿装置，可以根据温度和位置参数对数控机床定位误差进行实时补偿，提高数控机床的加工精度，而装置结构简单，使用方便、成本较低。

    为实现这一目的，本发明采用数控系统中机床外部坐标系偏置功能，根据数控机床的坐标位置和温度来调整数控机床上的刀具与被加工零件的相对位置，以使得被加工零件获得更精确的尺寸或使得数控机床获得更高的加工精度。

    本发明的数控机床定位误差实时补偿装置主要包括计算处理模块、温度传感器采集变送模块、数控接口控制模块。计算处理模块包括计算处理系统和外部I/O扩展子模块；温度传感器采集变送模块包括A/D转化子模块、温度变送器子模块和温度传感器；数控接口控制模块包括补偿器侧接口和数控机床侧接口。

    计算处理模块中，计算处理系统与温度传感器采集变送模块中的A/D转化子模块相连，外部I/O扩展子模块通过数控接口控制模块与数控机床相连，将机床的位置信号传送到计算处理系统。

    温度传感器采集变送模块中，若干温度传感器分别置于数控机床的各个测量点，温度传感器的输出经温度变送器子模块连接到A/D转化子模块，计算处理系统与A/D转化子模块相连，获得机床的温度信号。

    计算处理系统根据机床的位置信号和温度信号，利用预设的定位误差数学模型，产生补偿信号并将补偿信号通过数控接口控制模块传输到机床，利用数控机床外部坐标系偏置功能，完成补偿过程。