[发明专利]数控车床热误差测量补偿系统及补偿方法

说明书

本发明公开了一种数控车床热误差测量补偿系统及补偿方法，所述系统包括电涡流位移传感器、铂电阻温度传感器、激光干涉仪、位移采集处理模块、热误差补偿模块和PC机；铂电阻温度传感器测量床体热敏感点温度，电涡流位移传感器测量主轴热变形，激光干涉仪测量进给系统定位误差，对主轴与进给轴系统进行实时热误差综合建模；热误差补偿模块根据热敏感点温度和刀具坐标值实时的补偿主轴工件的轴向热伸长和径向热倾斜。本发明解决了数控车床主轴与进给轴热误差的耦合问题，能够实时的对热误差进行补偿，提高了数控机床的加工精度。

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，特别涉及一种数控车床热误差测量补偿系统及补偿方法。

背景技术

精度保持性差等问题，影响机床精度的关键因素之一热误差占据机床总体误差的40％～70％，而对于高精密数控车床来说所占比重更大。热误差补偿是解决机床热问题最为经济有效的手段，对于提高数控床的精度以及提升机床性能具有十分重大的意义。数控车床工作过程中由于主轴系统轴承摩擦生热，会使得主轴发生热漂移，进给系统的丝杠螺母副及两端的支撑轴承摩擦生热，会使得丝杠轴向伸长，导程增大，螺母座发生漂移，整个床体也会受热变形，最终导致工件与刀具的相对位置发生变化产生了热误差。目前国内外对热误差补偿已经展开了大量的研究，但主要针对车床主轴或进给轴单个系统进行建模及补偿，而实际加工中主轴与进给轴的热误差耦合在一起，共同影响工件的加工精度，所以补偿的效果不佳。数控车床的热误差包含轴向热伸缩和径向热倾斜，轴向热伸缩只与热敏感点温度有关，补偿模型简单，容易实现，但是径向热倾斜除了与温度相关之外，还与刀具切削当前位置相关，称作位置相关型热误差，补偿模型不仅需要实时热敏感点的温度，还需要实时的获取当前刀具的坐标，补偿模型复杂，精度和稳定性要求高。

发明内容

本发明的目的在于针对数控车床主轴与进给轴热误差的耦合问题，提出了一种数控车床热误差测量补偿系统及补偿方法，对主轴与进给轴系统进行实时热误差综合建模，解决数控车床轴向热伸缩以及与温度和刀具当前位置均相关的径向热倾斜热误差问题，提高数控机床的加工精度。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案：

数控车床热误差测量及补偿系统，包括电涡流位移传感器、铂电阻温度传感器、激光干涉仪、位移采集处理模块、热误差补偿模块和PC机；电涡流位移传感器与位移采集处理模块相连接，位移采集处理模块通过串口与PC机连接，用于传输电涡流位移传感器实时测量的主轴简棒与刀具位置信息给PC机；激光干涉仪与PC机连接，用于机床测量进给系统测点的定位误差；铂电阻温度传感器与热误差补偿模块相连接，用于传输实时测量的机床热关键点温度信息；热误差补偿模块通过串口与PC机连接，用于获取电涡流位移传感器和激光干涉仪采集信息；热误差补偿模块通过I/O接口与数控车床的PLC系统连接；热误差补偿模块一方面通过PLC系统与CNC接口通信获取刀具坐标值，另一方面通过I/O接口将补偿参数发送给PLC系统，补偿数据通过PLC与CNC接口写入CNC相关参数。

进一步的，铂电阻温度传感器为PT100插入式温度传感器，多个铂电阻温度传感器分别分布在主轴前后端轴承位置及箱体壁上、Z轴丝杠支撑端轴承座、X轴丝杠支撑端轴承座和冷却泵上部的床体基座位置；铂电阻温度传感器通过四线制屏蔽导线进行数据传输。

进一步的，电涡流位移传感器包括三个传感器探头S₁、S₂、S₃；，三个传感器探头通过紧固螺栓固定在安装于刀座上的支撑角铁上；三个传感器探头中：一个传感器探头S₁布置在数控车床主轴简棒的轴向方向上，两个传感器探头S₂、S₃间隔一定布置在数控车床X轴平面内并与主轴简棒垂直。