精密数控机床加工丝杠热变形伸长实时测量与补偿方法与流程

本发明属于装备制造业中精密数控机床机械加工误差控制，具体为精密数控机床加工丝杠热变形伸长实时测量与补偿方法。

背景技术：

1、在装备制造业中精密数控机床在加工过程中由于两端支撑轴承、传动螺母与丝杠的摩擦导致丝杠温升热膨胀而伸长，不可避免的导致理想加工尺寸与实际加工尺寸不符，产生较大误差。丝杠由于摩擦热产生的温度变化而伸长，是影响精密数控机床定位与加工精度的重要因素，是反映机床性能的一项重要指标。作为精密数控机床的重要传动部件，如不及时检测出和补偿这一误差将导致加工工件超差或直接失效。

2、针对热变形产生的误差问题，常见的有热误差预防和热误差补偿两种解决方案，如下所述：

3、热误差预防法是通过改进设计和制造途径消除或减少可能的热误差源，如提高制造精度，或者控制温度来满足加工精度要求。其补偿误差手段是人为的制造新的误差去抵消当前成为问题的原始误差，达到减小加工误差的目的。误差预防常用方法有恒温车间、空心丝杠冷却系统，丝杠预紧系统或设计成热对称系统等，虽能一定程度上减少热变形，有一定的缺陷，精度模糊，很难量化，仍存在较大误差，且做不到绝对补偿，而且成本很高、体积大、维修难度高。

4、热误差补偿法需根据机床物理机构和材料性质建立丝杠摩擦温升与丝杠伸长量的函数关系。大多采取计算法时一般利用热传导方程(简化为一维或二维)首先计算丝杠长度方向各点的温度分布θ(x，t)，然后根据温度分布计算变形量δt。该方法须建立热力学数学模型进行补偿数控机床的丝杠产生的热变形量。虽能起到一定作用，但建立热力学温度场数学模型困难、复杂、不精确，受环境温度因素变化影响很大，很难得到较精确的温度场数学模型。热误差补偿技术作为一种提高数控机床精度稳定性的方法，已经被研究了很多年，有一些优点，如相对于主动热控制的低成本、可提高无法设计成热对称结构的进给轴的精度稳定性、针对已完成装配但热误差较大的机床来实施等，但误差大、随机性大，做不到绝对补偿。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供精密数控机床加工丝杠热变形伸长实时测量与补偿方法，有效的解决了背景技术提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：精密数控机床加工丝杠热变形伸长实时测量与补偿方法，包括以下步骤：

3、s1：补偿数控机床加工过程中在x、y、z轴方向丝杠不可避免产生的热变形量δx、δy、δz；

4、s2：数控机床加工过程中在x、y、z位移方向安装无接触测微传感器；

5、s3：数控机床加工过程中随着温度的变化实时、精确测量出x、y、z轴传动位移方向滚珠丝杠的微弱伸长量δx、δy、δz；

6、s4：使用嵌入式计算机解析出伸长量δx、δy、δz，通过标准通信口上传至上位机cnc控制器；

7、s5：上位机cnc控制器根据嵌入式计算机解析出的伸长量δx、δy、δz，通过特殊算法补偿数控系统由于进给系统温度变化引起的不应有误差，达到提高零件加工精度的目的。

8、优选的，所述s3中：对数控机床加工过程中随着温度的变化实时、精确测量出x、y、z轴传动位移方向滚珠丝杠的微弱伸长量δx、δy、δz，其内容包括：

9、s301：微位移传感器测出滚珠丝杠随着温度上升导致的微弱伸长量δx、δy、δz；

10、s302：使用嵌入式计算机检测解析出微伸长量δx、δy、δz的机-电当量关系，通过标准通信口上传至上位机cnc控制器；

11、s303：上位机cnc控制器将解析的δx、δy、δz的当量关系嵌入到分段正常进给的数控数据链中，补偿由于丝杠摩擦热而产生的热变形伸长量，以达到控制、提高数控机床加工零件精度的目的。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、本发明采用了精密数控机床加工丝杠热变形伸长实时测量与补偿方法，实时性高、精度高、直观、成本低、结构简单、维修方便；避开了误差预防法常用的恒温车间、空心丝杠冷却法，丝杠预紧法、或设计成热对称系统等成本高、体积大、维修难度高、误差大的缺陷；避开了热误差补偿法需根据机床物理结构和材料性质建立丝杠温升与伸长量函数关系所建立的热力学温度场数学模型的困难、数学模型复杂、精度低、受环境温度因素变化影响大、粗糙、误差大等问题。

技术特征：

1.精密数控机床加工丝杠热变形伸长实时测量与补偿方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的精密数控机床加工丝杠热变形伸长实时测量与补偿方法，其特征在于：所述s3中：对数控机床加工过程中随着温度的变化实时、精确测量出x、y、z轴传动位移方向滚珠丝杠的微弱伸长量δx、δy、δz，其内容包括：

技术总结
本发明公开了精密数控机床加工丝杠热变形伸长实时测量与补偿方法，包括以下步骤：S1：补偿数控机床加工过程中在X、Y、Z轴方向丝杠不可避免产生的热变形量ΔX、ΔY、ΔZ；S2：数控机床加工过程中在X、Y、Z位移方向安装无接触测微传感器；S3：数控机床加工过程中随着温度的变化实时、精确测量出X、Y、Z轴传动位移方向滚珠丝杠的微弱伸长量ΔX、ΔY、ΔZ；S4：使用嵌入式计算机解析出伸长量ΔX、ΔY、ΔZ，通过标准通信口上传至上位机CNC控制器；本发明采用了精密数控机床加工丝杠热变形伸长实时测量与补偿方法，实时性高、精度高、直观、成本低、结构简单、维修方便。

技术研发人员：张道海,刘小军
受保护的技术使用者：江西金匠智能装备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23