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基於傳感器的熱誤差補償技術

2019-9-16 來源：轉載作者：-

為（wéi）了進一（yī）步提升（shēng）數控機床的加工精度（dù）和一致性，華中數（shù）控計（jì）劃與機（jī）床企業充分合作，實施“機床品質提升工程”計劃，將華中（zhōng）8型智能數控係（xì）統熱誤差補償技術應用於數控機床，致力於提高機床加工效率、加（jiā）工精度（dù）和加工一致（zhì）性，提升機床品質和市場競爭力。

隨著科學（xué）技術、機械製造加工業的迅速發展，對數控機（jī）床的加工精度提出越來越高的要求。提高數控機床加工精（jīng）度有兩種基本方法：誤差防止法和誤差補償法。誤差防止法是指通過（guò）提高機床製造和裝（zhuāng）配精度及設計精度、機床零部件的製造（zào）精度和安裝精度、優化機床結構、輔助部件等方法來實現。此方（fāng）法的特點（diǎn）是（shì）成本增加大，實（shí）施（shī）起來有局限性（xìng）。誤差補償法是指使用軟件技術，通過分析、統計、歸（guī）納及掌握原始（shǐ）誤差的特點和規律，建立誤差數學模型，進行人為（wéi）誤差補償，從而減少加工（gōng）誤差。此方法的特點是：經濟有效，實現相（xiàng）對簡單。

已故的國際著名機械製造專家、美國密（mì）西根大學教授吳賢銘曾說過：“誤差補償技術的巧妙之處在於加（jiā）工出的（de）零件精度可（kě）比加工母機的精度還（hái）高。”由此可見，誤差補償技術（shù）的巨大作用。

目前，誤差補償（cháng）技術以其強（qiáng）大的技術生命力迅速被各國學（xué）者（zhě）、專家所認識，並使之得以迅速發展和推廣，已成為現代精密工程（chéng）的重要技術支（zhī）柱之一。

熱誤差補償技術有哪幾種？

熱誤差補償技術主要分為熱誤差斜率補償和熱誤差偏置補償兩（liǎng）種（zhǒng）方式：

熱（rè）誤差偏置補償又叫與位置無關的熱誤（wù）差補償（cháng），是在熱變形部件上安裝溫度傳感器，檢測傳感器的（de）實時溫度，通過查詢補償表中對應溫度的補償值，將目標軸的機床坐標係進行偏移。用以消除該（gāi）部件（jiàn）因熱（rè）變（biàn）形導（dǎo）致的軸向熱位移，一般用於非移動（dòng）部件，如主軸、動力頭等（děng）發熱量較（jiào）大且易產生結構變形的（de）部件上。

熱誤差斜率補償又叫與位置相（xiàng）關的熱誤差補償，在傳動部件（絲杠、齒輪齒條）上安裝溫度傳（chuán）感器（qì），測量出傳動部件極限溫（wēn）度區間內所有溫度點對應的目標點熱變形量，通過統計和計算合理安排溫度補償間隔（gé），將計（jì）算出的熱誤差補償數據填入補（bǔ）償表中。係統（tǒng）通過檢測溫度傳感器的實時溫度，查詢補償表中對（duì）應溫度的補償值，根據目標軸的實際位置相對於熱膨脹（zhàng）零點的距離折算出（chū）補償（cháng）量輸出到目標軸上。用以消（xiāo）除傳（chuán）動部件當前所在位置相對於熱膨脹零點的熱伸長量。

數控機（jī）床的主要誤差來源有哪些（xiē）？

數控機床產生誤差（chà）的來源主（zhǔ）要有：幾何（hé）誤差/運動誤差、熱誤（wù）差、控製誤（wù）差、力誤差等，通過研究（jiū）發現，所有的誤差來源中熱誤差（chà）占比最高（gāo），達到近40%。

數控機（jī）床熱變形產生的機理

數控（kòng）機（jī）床（chuáng）在（zài）加工過程中由於（yú）電氣（qì）發熱和運轉部件的摩擦發熱（rè）引起的局部結構變形（xíng），導致機床（chuáng）執行（háng）機構產生熱誤差，從而影響機床的加工精度和使用（yòng）效率。

主軸單元紅外熱輻射圖像進給軸絲杠紅外熱輻射圖像

數控（kòng）機床（chuáng）熱變形產生（shēng）的機理

數控機床熱誤差補償基本原理

在數控機床工作過程中，把實時采（cǎi）集機床溫度、位置等信號采集到數控係（xì）統裏麵，再通過誤差數學模型計算得出（chū）各運（yùn）動軸的誤差補償量，數（shù）控係統根據誤差補償實時修正（zhèng）機床運動位置，提高機床（chuáng）加工穩定性及加工精度。

床在（zài）冷態和熱態的區別

華中8型熱誤差補（bǔ）償技（jì）術

華中8型數控係統將熱（rè）誤差（chà）補償技術集成（chéng）於數控係統內（nèi）部，通過編製（zhì）相應（yīng）的宜人操作界麵，將熱誤（wù）差補償技術較好地應用於（yú）實際加工過程之（zhī）中，減少熱機時間，實現開（kāi）機即可加（jiā）工，提高（gāo）機床利用率。

華中8型熱誤差補償技術支持市場上最常用的（de）Pt100和KTY84兩種（zhǒng）型號的溫度（dù）傳感器（qì），實現（xiàn）實時溫度檢測，測量準確度達到±0.5%，溫度測量範圍達到-40℃～240℃，係（xì）統顯示分辨率為0.1℃，有效的減少了冷熱機時間，保證了（le）加工精度的穩定性。

熱誤差補償技術基本原理結構圖

在（zài）補償過程中，PLC運算得到補償值輸入數控（kòng）係統後，對預（yù）先輸入係統中（zhōng）的數控加工程序中外部機械原點按補償值進行（háng）偏移，從而使誤差獲（huò）得補償。當機床開機即開（kāi）啟溫度誤差補償線程，溫度實時補償每隔2min便讀取一次（cì）溫度(可以（yǐ）通過讀數周期參數來實現補償周期的調整)，根據讀取的溫度（dù）值，通過PLC運算算出（chū）熱誤差值，使外（wài）部機械原點發生（shēng）偏移，從而實現熱誤差的在線實時補償。