数控机床热误差的在线测量与补偿加工.pdf

数控机床热误差的在线测量与补偿加工 郭前建杨建国王秀山沈京华 上海交通大学机械科学与动力工程学院 上海 摘要 对数控机床热误差的产生原因及特点进行了综合分析 简单介绍了应用激光干涉仪对其进行在线测 量的基本原理 对数控机床热误差补偿的具体实施过程进行了详细阐述 利用 抗干扰能力强 可靠性高 运算速度快及良好的接口性能 给出了数控机床热误差补偿系统的硬件实现方法 应用 技术可以提高误差补偿精度 对误差补偿的硬件实施具有一定参考意义 关键词 数控机床热误差补偿在线测量 0 1 283 98 28 1 4 7 A 98 28 B 0 4 B4GC 7 4 D N 73 G PQB 1概述 大量研究表明 热变形误差是数控机床最大的误 差源 占总误差的 U V W X V 本文针对此问题并 就其在线测量与补偿过程进行研究 目前 数控机床 热误差的在线测量与误差元素建模技术已成为学术界 的研究热点 WX 但针对误差补偿硬件实施的研究相 对较少 已应用于生产实际的误差补偿器更少 传统 的硬件解决方案主要利用单片机完成 如文献 Y 中 提到的 0B 型误差补偿控制器已在 6 XZU 立式加工 中心上应用 文献 中基于单片机的硬件补偿系统 也已应用于实际生产过程 然而 以单片机为核心构 建误差补偿的硬件系统存在诸多缺点 一方面 用单片 机开发的电路板抗干扰能力差 不适于恶劣的工厂环 境 转换及误差补偿值的计算精度较低 另一方 面 由于各种热误差数学模型的复杂性 应用单片机难 以完成误差补偿值的计算并满足系统的实时性要求 最后 由于数控机床均采用 PQB 控制 由单片机计算 的误差补偿值不能直接输入其控制系统 必须通过中 间接口装置才能实现单片机与机床控制系统间的通 讯 这不但使误差补偿的硬件系统复杂化 同时也降低 了其实时性 为解决上述问题 本文充分利用 PQB 体 积小 抗干扰能力强 适于恶劣生产环境 易于同数控 机床接口的优势 提出了一种以 PQB 为核心的误差补 偿系统 实验结果表明 与传统的单片机系统相比 应 用 PQB 技术实现误差补偿具有更高的可靠性 数据处 理速度更快 可以提高误差补偿的精度与实时性 对各 种误差补偿系统的硬件实施具有一定参考意义 2数控机床热误差分析 通过对数控机床的结构和加工过程分析可知 由 于受不同热源影响 机床会产生热变形 引起热误差 数控机床的热源主要分内外两大部分 内部热源主要 是指机床的工作条件 外部热源主要指机床的环境条 件 如图Z 所示 由于内外热源的共同影响 输入机床 的热量与输出机床的热量产生偏差 从而使数控机床 各个位置产生不均匀温升 发生了膨胀 弯曲 收缩等 热变形 从而引起刀具与工件间的相对位置发生变化 产生热误差 最后 为对数控机床关键受热部位的温度进行实 时测量 从而完成该机床热误差的补偿 本文在其不同 受热位置布置了 个温度传感器 如图 所示 图中 黑点表示温度测点的位置 在温度测点布置过程中 本文采用了主因素策略 意思是用于热误差建模的各 温度测点数据 应与热误差数据 有一定的联系 即 具有一定的相关性 用数学公式表示为 AB 中文版实用教程 北京 北京 大学出版社 C胡守信 李柏年 基于 D4K L BKM9JK4M6NK4 OM4MPO NQ MR9JS4 9JJNJ J9O94JTR KK4 O NQ MR9 IB 22 2 0 C 10C0 葛根焰 李圣怡 吴明根 超精密 I I 平面磨床在线测量 补偿加工 及对刀功能的自动化实现 航空精密制造技术 22 1 2 刘又午 章青 赵小松等 数控机床全误差模型和误差补偿技术的研 究 制造技术与机床 0 1C C杨庆东 I 范丹博格 范赫里克等 数控机床热误差补偿建模方 法 制造技术与机床 1 0杨建国 薛秉源 数控机床热误差鲁棒建模新方法及实时补偿 制造 技术与机床 22 0 1 杨建国 任永强 朱卫斌等 数控机床热误差补偿模型在线修正方法 研究 机械工程学报 2 1 赵宏林 张文河 章青 I 型误差补偿控制器的开发 制造技术与机 床 222 C 1 2宋现春 李春阳 刘向群等 盘丝磨床磨削精度实时补偿系统 机械 制造 220 1 任永强 杨建国 罗磊等 基于外部机床坐标系偏移的热误差实时 补偿 中国机械工程 1 C 第一作者 郭前建 男 2 2 年生