CN109765844B - 一种数控机床温度误差补偿估算方法及装置 - Google Patents

一种数控机床温度误差补偿估算方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种数控机床温度误差补偿估算方法及装置，该方法包括：获取目标轴对应的目标工作台在第n+1个周期内的累积移动量，n为正整数；根据所述累积移动量确定第n+1个周期内的累积发热值；根据所述累积发热值与预先标定的形变误差系数确定当前的形变误差；基于所述目标工作台当前的第一位置以及标定所述形变误差系数时所述目标工作台的第二位置，对所述当前的形变误差进行位置误差补偿，得到用于进行温度误差补偿的误差值。本发明实施例降低了数控机床的成本。

Description

一种数控机床温度误差补偿估算方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种数控机床温度误差补偿估算方法及装置。
背景技术
众所周知，数控(Computerized Numerical Control，CNC)机床的温度补偿算法，一直是制造业提高加工精度的难题。这是因为环境温度或者加工累积的热量可能导致机床各部分膨胀。膨胀范围取决于各机床部分的温度、导热率等。不同温度可能导致各轴的实际位置发生变化，这会对加工中的工件精度产生负面影响。这些实际值变化可以通过温度补偿抵消，而为了始终正确补偿热胀带来的误差。现有技术中通常采用传感器检测的温度值，并基于检测的温度值快速计算误差值，从而对数控机床进行温度误差补偿。由于需要安装温度传感器，从而使得数控机床的成本较高。
发明内容
本发明实施例提供一种数控机床温度误差补偿估算方法及装置，以解决安装温度传感器进行温度误差补偿，导致数控机床的成本较高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种数控机床温度误差补偿估算方法，包括：
获取目标轴对应的目标工作台在第n+1个周期内的累积移动量，n为正整数；
根据所述累积移动量确定第n+1个周期内的累积发热值；
根据所述累积发热值与预先标定的形变误差系数确定当前的形变误差；
基于所述目标工作台当前的第一位置以及标定所述形变误差系数时所述目标工作台的第二位置，对所述当前的形变误差进行位置误差补偿，得到用于进行温度误差补偿的误差值。
可选的，所述基于所述目标工作台当前的第一位置以及标定所述形变误差系数时所述目标工作台的第二位置，对所述当前的形变误差进行位置误差补偿，得到用于进行温度误差补偿的误差值包括：
按照ΔHx＝ΔT*Lx/L0计算所述误差值ΔHx；其中，ΔT表示所述当前的形变误差，Lx表示所述第一位置到所述目标轴的固定点之间的距离；L0表示所述第二位置到所述目标轴的固定点之间的距离。
可选的，所述根据所述累积移动量确定第n+1个周期内的累积发热值包括：
按照Cn+1＝(Cn+M)*exp(-T/t)计算所述第n+1个周期内的累积发热值Cn+1，其中，Cn表示第n个周期内的累积发热值，T表示周期的时长，t表示放热时长。
可选的，所述根据所述累积发热值与预先标定的形变误差系数确定当前的形变误差包括：
按照ΔT＝Cn+1*K计算所述当前的形变误差ΔT，其中，Cn+1表示第n+1个周期内的累积发热值，K表示所述形变误差系数。
第二方面，本发明实施例还提供了一种数控机床温度误差补偿估算装置，包括：
获取模块，用于获取目标轴对应的目标工作台在第n+1个周期内的累积移动量，n为正整数；
第一计算模块，用于根据所述累积移动量确定第n+1个周期内的累积发热值；
第二计算模块，用于根据所述累积发热值与预先标定的形变误差系数确定当前的形变误差；
处理模块，用于基于所述目标工作台当前的第一位置以及标定所述形变误差系数时所述目标工作台的第二位置，对所述当前的形变误差进行位置误差补偿，得到用于进行温度误差补偿的误差值。
可选的，所述处理模块具体用于：按照ΔHx＝ΔT*Lx/L0计算所述误差值ΔHx；其中，ΔT表示所述当前的形变误差，Lx表示所述第一位置到所述目标轴的固定点之间的距离；L0表示所述第二位置到所述目标轴的固定点之间的距离。
可选的，所述第一计算模块具体用于：按照Cn+1＝(Cn+M)*exp(-T/t)计算所述第n+1个周期内的累积发热值Cn+1，其中，Cn表示第n个周期内的累积发热值，T表示周期的时长，t表示放热时长。
可选的，所述第二计算模块具体用于：按照ΔT＝Cn+1*K计算所述当前的形变误差ΔT，其中，Cn+1表示第n+1个周期内的累积发热值，K表示所述形变误差系数。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述数控机床温度误差补偿估算方法的步骤。
本发明实施例通过获取目标轴对应的目标工作台在第n+1个周期内的累积移动量，n为正整数；根据所述累积移动量确定第n+1个周期内的累积发热值；根据所述累积发热值与预先标定的形变误差系数确定当前的形变误差；基于所述目标工作台当前的第一位置以及标定所述形变误差系数时，所述目标工作台的第二位置对所述当前的形变误差进行位置误差补偿，得到用于进行温度误差补偿的误差值。这样，相对于现有技术无需采用温度传感器采集温度值，因此本发明实施例降低了数控机床的成本。此外，由于无需安装传感器，可以降低数控机床的装配难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的数控机床温度误差补偿估算方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的数控机床温度误差补偿估算方法中数控机床中目标轴和目标工作台的连接结构示意图；
图3是本发明实施例提供的数控机床温度误差补偿估算方法中目标轴的形变误差曲线；
图4是本发明一实施例提供的数控机床温度误差补偿估算装置的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，图1是本发明实施例提供的一种数控机床温度误差补偿估算方法的流程图，如图1所示，包括以下步骤：
步骤101、获取目标轴对应的目标工作台在第n+1个周期内的累积移动量，n为正整数；
本发明实施例提供的数控机床温度误差补偿估算方法主要应用在数控机床中，数控机床上可以移动的轴可以包括X轴、Y轴和Z轴，上述目标轴为数控机床中的任一轴，可以通过本发明提供的数控机床温度误差补偿估算方法对数控机床中的任意一个轴进行误差补偿。以下实施例中，以目标轴是X轴为例进行详细说明。
如图2所示，上述目标轴为丝杆201，上述目标工作台202通过滑块203设置在丝杆201上可以沿丝杆201左右移动。在图2中，丝杆201上包括两个目标工作台202用于表示目标工作台202位于不同的位置的状态，并非实际应用时在丝杆201上需要设置两个目标工作台202。具体的，上述丝杆201的一端用于与电机连接，另一端为自由状态。
本发明实施例中，可以实时记录目标工作台移动的距离，并累积移动距离的绝对值，往积分器中进行累加，最终的到每一个周期内的累积移动量。例如在第n+1个周期内，首先向X轴的正向移动100mm，然后向X轴的负方向移动20mm，再向X轴的正方向移动50mm，最后向X轴的负方向移动80mm，则上述第n+1个周期内的累积移动量为250mm。
应当说明的是，获取上述第n+1个周期内的累积移动量的时间可以根据实际需要进行设置，当每一周期结束时间达到时，可以获取对应周期内的累积移动量。也就是说，可以每隔预设时长获取一次周期内的累积移动量，该预设时长与周期的时间长度一致，且开始获取的时间为第1个周期结束时。当然在其他实施例中，还可以采用其他的时间点进行获取并进行补偿，对此不做进一步的限定。本实施例中，上述周期的时间长度可以根据实际需要进行设置，例如，可以为6～10ms。也就是说，每隔6～10ms获取一次目标工作台的在上一周期内的累积移动量，并进行一次形变误差的调整。
步骤102、根据所述累积移动量确定第n+1个周期内的累积发热值；
本发明实施例中，第n+1个周期内的累积发热值的计算方式可以根据实际需要进行设置，例如本实施例中，可以按照Cn+1＝(Cn+M)*exp(-T/t)计算所述第n+1个周期内的累积发热值Cn+1，其中，Cn表示第n个周期内的累积发热值，T表示周期的时长，t表示放热时长。
上述放热时长是指温度升高造成最大形变误差，到形变误差降为最大形变误差的预设百分比所经历的时长，该预设百分比的值可以根据实际需要进行设置，在本实施例中，该预设百分比为37％，此时确定目标轴的形变趋于静平衡状态。
步骤103、根据所述累积发热值与预先标定的形变误差系数确定当前的形变误差；
本发明实施例中，上述当前的形变误差的计算方式可以根据实际需要进行设置，例如本实施例中，可以按照ΔT＝Cn+1*K计算所述当前的形变误差ΔT，其中，Cn+1表示第n+1个周期内的累积发热值，K表示所述形变误差系数。
其中，上述形变误差系数为预先标定，例如在数控机床出厂前，或者在数控机床安装后，用户可以对数控机床的形变误差系数进行标定。具体的，标定的过程在以下实施例中进行详细说明。
步骤104、基于所述目标工作台当前的第一位置以及标定所述形变误差系数时，所述目标工作台的第二位置，对所述当前的形变误差进行位置误差补偿，得到用于进行温度误差补偿的误差值。
本发明实施例中，上述误差值的计算方式可以根据实际需要进行设置，例如在本实施例中，可以按照ΔHx＝ΔT*Lx/L0计算所述误差值ΔHx；其中，ΔT表示所述当前的形变误差，Lx表示所述第一位置到所述目标轴的固定点之间的距离；L0表示所述第二位置到所述目标轴的固定点之间的距离。
如图2所示，上述目标轴的一端安装在固定块上，并与电机连接，另一端为自由端，目标轴在固定块处形成有固定点。在图2中，当目标工作台位于第一位置时，该第一位置与固定点之间的距离Lx为100mm；当目标工作台位于第二位置时，该第二位置与固定点之间的距离L0为950mm。上述第一位置为当前时刻(第n+1个周期结束时刻)目标工作台移动的目标位置。
上述当前的形变误差是指在标定形变误差系数目标工作台所处的第二位置时，在当前温度下对应产生的形变误差，即上述形变误差为在当前温度下第二位置的形变误差。基于该形变误差，利用上述公式ΔHx＝ΔT*Lx/L0可以计算第一位置下对应的误差值。
本发明实施例通过获取目标轴对应的目标工作台在第n+1个周期内的累积移动量，n为正整数；根据所述累积移动量确定第n+1个周期内的累积发热值；根据所述累积发热值与预先标定的形变误差系数确定当前的形变误差；基于所述目标工作台当前的第一位置以及标定所述形变误差系数时，所述目标工作台的第二位置对所述当前的形变误差进行位置误差补偿，得到用于进行温度误差补偿的误差值。这样，相对于现有技术无需采用温度传感器采集温度值，因此本发明实施例降低了数控机床的成本。此外，由于无需安装传感器，可以降低数控机床的装配难度。
为了更好的理解本发明，以下对形变误差系数进行标定以及测试上述放热时长的过程进行详细说明。
具体的，首先在目标轴上设置温度传感器，并将目标工作台移动至测试原点(即上述第二位置)；然后控制目标工作台在目标轴上高速来回快移，使得目标轴的温度升高。在移动的过程中，每隔预设时长(与上述周期的时长可以一致)，目标工作台将会移动到测试原点，并在每次预设时长达到时获取温度传感器检测的温度值，根据控制目标工作台移动的程序确定每一预设时长内移动的距离。当温度升高造成最大形变误差(例如50um)后，将不再控制目标工作台移动，目标轴将静止冷却，每隔一段时间记录目标工作台到固定点之间的距离，根据每段时间记录的目标工作台到固定点之间的距离可以计算得到目标轴的形变误差，从而得到上述放热时长。具体的，如图3所示，以上述百分比为37％为例，即exp(-1)，上述放热时长为静止状态下目标轴从最大形变误差50um减小到18.4um所需的时间长度，本实施例中，该放热时长为600ms，当然在其他实施例中，还可以为其他值，在此不再一一列举。
在获得上述放热时长、每次预设时长达到时温度传感器检测的温度值、每一预设时长内移动的距离后，可以根据上述公式1：Cn+1＝(Cn+M)*exp(-T/t)计算Cn；最后，根据公式2：ΔT＝Cn+1*K和公式3：ΔHx＝ΔT*Lx/L0推导出系数K。
需要说明的是，本发明实施例中介绍的多种可选的实施方式，彼此可以相互结合实现，也可以单独实现，对此本发明实施例不作限定。
参见图4，图4是本发明实施例提供的数控机床温度误差补偿估算装置的结构图，如图4所示，数控机床温度误差补偿估算装置400包括：
获取模块401，用于获取目标轴对应的目标工作台在第n+1个周期内的累积移动量，n为正整数；
第一计算模块402，用于根据所述累积移动量确定第n+1个周期内的累积发热值；
第二计算模块403，用于根据所述累积发热值与预先标定的形变误差系数确定当前的形变误差；
处理模块404，用于基于所述目标工作台当前的第一位置以及标定所述形变误差系数时所述目标工作台的第二位置，对所述当前的形变误差进行位置误差补偿，得到用于进行温度误差补偿的误差值。
可选的，所述处理模块404具体用于：按照ΔHx＝ΔT*Lx/L0计算所述误差值ΔHx；其中，ΔT表示所述当前的形变误差，Lx表示所述第一位置到所述目标轴的固定点之间的距离；L0表示所述第二位置到所述目标轴的固定点之间的距离。
可选的，所述第一计算模块402具体用于：按照Cn+1＝(Cn+M)*exp(-T/t)计算所述第n+1个周期内的累积发热值Cn+1，其中，Cn表示第n个周期内的累积发热值，T表示周期的时长，t表示放热时长。
可选的，所述第二计算模块403具体用于：按照ΔT＝Cn+1*K计算所述当前的形变误差ΔT，其中，Cn+1表示第n+1个周期内的累积发热值，K表示所述形变误差系数。
本发明实施例提供的数控机床温度误差补偿估算装置能够实现图1至图3的方法实施例的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述数控机床温度误差补偿估算方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种数控机床温度误差补偿估算方法，其特征在于，包括：
获取目标轴对应的目标工作台在第n+1个周期内的累积移动量，n为正整数；
根据所述累积移动量确定第n+1个周期内的累积发热值；
根据所述累积发热值与预先标定的形变误差系数确定当前的形变误差；
基于所述目标工作台当前的第一位置以及标定所述形变误差系数时所述目标工作台的第二位置，对所述当前的形变误差进行位置误差补偿，得到用于进行温度误差补偿的误差值；
其中，所述根据所述累积移动量确定第n+1个周期内的累积发热值包括：
按照Cn+1＝(Cn+M)*exp(-T/t)计算所述第n+1个周期内的累积发热值Cn+1，其中，Cn表示第n个周期内的累积发热值，T表示周期的时长，t表示放热时长。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标工作台当前的第一位置以及标定所述形变误差系数时所述目标工作台的第二位置，对所述当前的形变误差进行位置误差补偿，得到用于进行温度误差补偿的误差值包括：
按照ΔHx＝ΔT*Lx/L0计算所述误差值ΔHx；其中，ΔT表示所述当前的形变误差，Lx表示所述第一位置到所述目标轴的固定点之间的距离；L0表示所述第二位置到所述目标轴的固定点之间的距离。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述累积发热值与预先标定的形变误差系数确定当前的形变误差包括：
按照ΔT＝Cn+1*K计算所述当前的形变误差ΔT，其中，Cn+1表示第n+1个周期内的累积发热值，K表示所述形变误差系数。
4.一种数控机床温度误差补偿估算装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取目标轴对应的目标工作台在第n+1个周期内的累积移动量，n为正整数；
第一计算模块，用于根据所述累积移动量确定第n+1个周期内的累积发热值；
第二计算模块，用于根据所述累积发热值与预先标定的形变误差系数确定当前的形变误差；
处理模块，用于基于所述目标工作台当前的第一位置以及标定所述形变误差系数时所述目标工作台的第二位置，对所述当前的形变误差进行位置误差补偿，得到用于进行温度误差补偿的误差值；
其中，所述第一计算模块具体用于：按照Cn+1＝(Cn+M)*exp(-T/t)计算所述第n+1个周期内的累积发热值Cn+1，其中，Cn表示第n个周期内的累积发热值，T表示周期的时长，t表示放热时长。
5.根据权利要求4所述的数控机床温度误差补偿估算装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：按照ΔHx＝ΔT*Lx/L0计算所述误差值ΔHx；其中，ΔT表示所述当前的形变误差，Lx表示所述第一位置到所述目标轴的固定点之间的距离；L0表示所述第二位置到所述目标轴的固定点之间的距离。
6.根据权利要求4所述的数控机床温度误差补偿估算装置，其特征在于，所述第二计算模块具体用于：按照ΔT＝Cn+1*K计算所述当前的形变误差ΔT，其中，Cn+1表示第n+1个周期内的累积发热值，K表示所述形变误差系数。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3中任一项所述的数控机床温度误差补偿估算方法的步骤。
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