CN113695970B - 一种对铣床主轴温升引起的热伸长进行补偿的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对铣床主轴温升引起的热伸长进行补偿的方法，包括以下步骤：首先，从机床冷机状态开始跑合一个流程，并对温度数据及热伸长数据采集，利用温度传感器实时检测当前铣床主轴转速下的温度数据，同时，通过对刀仪检测当前温度数据下的主轴热伸长数据；然后，通过控制器抓取跑合过程中的温度数据及主轴热伸长数据来建立两者之间的关系模型；最后，通过建立的关系模型，根据机床的实时温度数据计算当前的热伸长从而进行补偿。使用温升补偿功能，可以节省热机时间，提高加工效率，同时，操作简单，建立一次模型，之后无需其它操作即可自动开始补偿，并且，根据当前机床温度实时进行补偿，提高加工精度。

Description

一种对铣床主轴温升引起的热伸长进行补偿的方法
技术领域
本发明涉及铣床加工技术领域，尤其涉及一种对铣床主轴温升引起的热伸长进行补偿的方法。
背景技术
现有消除热伸长造成的加工精度误差的方法：机床在冷机一晚之后，第二天开始加工之前，使用者会将机床空跑半小时至一小时时间，让机床直接在热机情况下开始加工，从而减少热伸长造成的加工精度的误差。
此方法需花费时间进行空跑热机，浪费时间的同时需要重复性操作，如若有冷机就需要再次空跑热机，存在以下弊端：
(1)每次的空跑热机，比较严重的浪费生产时间；
(2)冷机后就需再次热机，重复性强；
(3)单凭经验的热机，效果不够直观、稳定。
发明内容
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种对铣床主轴温升引起的热伸长进行补偿的方法，包括以下步骤：
首先，从机床冷机状态开始跑合一个流程，并对温度数据及热伸长数据采集，利用温度传感器实时检测当前铣床主轴转速下的温度数据，同时，通过对刀仪检测当前温度数据下的主轴热伸长数据；
然后，通过控制器抓取跑合过程中的温度数据及主轴热伸长数据来建立两者之间的关系模型；
最后，通过建立的关系模型，根据机床的实时温度数据计算当前的热伸长从而进行补偿。
优选的，所述温度及热伸长数据采集包括以下步骤：
S1、安装温度传感器：将六个温度传感器安装在机床主轴及主轴电机附近；
S2、温度传感器与温感模组连接：将温度传感器与温感模组正确连接，温感模组共支持六个通道，例：RTD0+、RTD0-、COM0为一个通道，用万用表量PT100的三个接头，有两根是通的，另外一根与这两根之间都有阻值。则将有阻值的这一根接到RTD+，另外两根接到RTD-、COM即可；
S3、温感模组与控制器连接：将温感模组与控制器OPt i on I/O接口的RS485引脚正确连接，温感模组与控制器通过RS485通讯，所以需要焊一个接头与控制器连接，温感模组DATA+、DATA-、26GND分别接***Opt ion I/O接口的7、6、5引脚(建议使用隔离对绞线)；
S4、梯形图修改：通过修改控制器的梯形图，可实现控制器一秒钟读取一次温感模组六个温度传感器的数据，并将RTD0-RTD5的数据分别放入控制器R7000-R7005寄存器中；
S5、参数修改：对控制器相关参数进行修改。
优选的，所述关系模型的建立包括以下步骤：
S6、建立补偿模型：进入温升补偿软体主界面，并且，按下“建立补偿模型”；
S7、补偿功能设定：设置好存放六个温度传感器温度数据的控制器R值(由梯形图决定，本例为R7000-R7005)，位移感测计量测对应R值，设置任意一个未使用的R值即可，软体会将对刀仪对出的刀长存放于该R值内，温度计R最大值、最小值对应温度设置为150、-50，控制器读取的温感模组数据并非真实温度值，需要经过转换；
S8、模型训练加工档设定：设置对刀所用的Z轴参考点坐标、最低点坐标、安全点坐标以及右下角预计加工转速，按下“对刀动作测试”，执行完成一次对刀测试后；
S9、模型训练：进入页面，按下“开始撷取”，控制器会开始跑合流程并抓取前边页面所设置温度及刀长的R值数据；
S10、模型建立完成：流程跑合结束后，控制器会自动建立模型，并在加工过程中进行自动补偿。
优选的，所述温升补偿包括以下步骤：
S11、开启智慧温升补偿：在主界面按下“热変位补偿开启”即可使用。
优选的，在步骤S5中，所述相关参数修改包括Pr3941设定资料传输速度(波特率)，模组默认为9600，则参数设置为2；Pr3942设定资料位元长度，设定为8个位元；Pr3948设定同位检查码方式，设定为0(无)；Pr3949设定停止位元数，设定为1(1个位元)。
优选的，在步骤S8中，所述模型训练的整体流程说明包括主轴先以最高转速转动两小时，中间每四分钟对一次刀，主轴停转静置两小时，同样中间每四分钟对一次刀，之后分别80％最高转速及设定的预计加工转速重复上述动作，共计12小时。
优选的，在步骤S11中，所述热変位补偿包括通过控制器数据处理功能，按一定周期更新与主轴轴线一致的直线轴机床外部坐标系偏置功能***变量，并且，数控***自动运行该直线轴的坐标系偏置功能，完成主轴热伸长误差的实时补偿。
优选的，所述温度传感器采用的型号为PT100。
优选的，所述温感模组采用的型号为研华ADAM-4015。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明的对铣床主轴温升引起的热伸长进行补偿的方法，通过在机床主轴及主轴电机附近安装温度传感器，再通过一个温感模组将温度数据传进控制器，热伸长数据则由对刀仪来实现，控制器的温升补偿软体则从机床冷机状态开始跑合一个流程，通过抓取跑合过程中的温度数据及对刀仪的刀长数据来建立两者之间的关系模型，进而再通过机床的实时温度计算当前的热伸长从而进行补偿，相较于目前先热机再开始加工的办法，使用温升补偿功能，可以节省热机时间，提高加工效率，同时，操作简单，建立一次模型，之后无需其它操作即可自动开始补偿，并且，根据当前机床温度实时进行补偿，提高加工精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对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是本发明中对铣床主轴温升引起的热伸长进行补偿的方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
下面的描述中，为描述的清楚和简明，并没有对图中所示的所有多个部件进行描述。附图中示出了多个部件为本领域普通技术人员提供本发明的完全能够实现的公开内容。对于本领域技术人员来说，许多部件的操作都是熟悉而且明显的。
实施例：
如图1所示，本实施例提供了一种对铣床主轴温升引起的热伸长进行补偿的方法，包括以下步骤：
首先，从机床冷机状态开始跑合一个流程，并对温度数据及热伸长数据采集，利用温度传感器实时检测当前铣床主轴转速下的温度数据，同时，通过对刀仪检测当前温度数据下的主轴热伸长数据，即抓取刀仪的刀长数据；
然后，通过控制器抓取跑合过程中的温度数据及主轴热伸长数据来建立两者之间的关系模型；
最后，通过建立的关系模型，根据机床的实时温度数据计算当前的热伸长从而进行补偿。
优选的，温度及热伸长数据采集包括以下步骤：
S1、安装温度传感器：将六个温度传感器安装在机床主轴及主轴电机附近；
S2、温度传感器与温感模组连接：将温度传感器与温感模组正确连接，温感模组与控制器OPt i on I/O接口的RS485引脚正确连接，温感模组共支持六个通道，例：RTD0+、RTD0-、COM0为一个通道，用万用表量PT100的三个接头，有两根是通的，另外一根与这两根之间都有阻值。则将有阻值的这一根接到RTD+，另外两根接到RTD-、COM即可；
S3、温感模组与控制器连接：将温感模组与控制器OPt i on I/O接口的RS485引脚正确连接，温感模组与控制器通过RS485通讯，以需要焊一个接头与控制器连接，温感模组DATA+、DATA-、26GND分别接***Opt i on I/O接口的7、6、5引脚建议使用隔离对绞线；
S4、梯形图修改：通过修改控制器的梯形图，梯形图中增加RS485通讯部分，可实现控制器一秒钟读取一次温感模组六个温度传感器的数据，并将RTD0-RTD5的数据分别放入控制器R7000-R7005寄存器中；
S5、参数修改：对控制器相关参数进行修改，控制器参数RS485通讯部分设置与温感模组相同，使控制器可正常读取到模组数据。
优选的，关系模型的建立包括以下步骤：
S6、建立补偿模型：进入温升补偿软体主界面，并且，按下“建立补偿模型”；
S7、补偿功能设定：设置好存放六个温度传感器温度数据的控制器R值由梯形图决定，本例为R7000-R7005，位移感测计量测对应R值，设置任意一个未使用的R值即可，软体会将对刀仪对出的刀长存放于该R值内，温度计R最大值、最小值对应温度设置为150、-50，控制器读取的温感模组数据并非真实温度值，需要经过转换；
S8、模型训练加工档设定：设置对刀用的Z轴参考点坐标、最低点坐标、安全点坐标以及右下角预计加工转速，按下“对刀动作测试”，执行完成一次对刀测试后；
S9、模型训练：进入页面，按下“开始撷取”，控制器会开始跑合流程并抓取前边页面设置温度及刀长的R值数据，选定训练轴S1，设定撷取时间12小时；
S10、模型建立完成：流程跑合结束后，控制器会自动建立模型，并在加工过程中进行自动补偿；
使用控制器温升补偿软体跑合流程，设置温升补偿软体参数，进行一次对刀测试后，即可开始跑合流程，让控制器抓取温度数据及每次使用对刀仪对出的刀长数据，从而建立出温度与热伸长之间的模型关系。
优选的，温升补偿包括以下步骤：
S11、开启智慧温升补偿：在主界面按下“热変位补偿开启”即可使用，模型建立完成后，开启补偿功能开关，就可开始使用，之后不需重复建立模型，选择与主轴轴线一致的数控直线轴作为补偿轴，启动该直线轴的机床外部坐标系偏置功能，将实时计算出的待补偿值存放在R值，最后利用控制器的读写功能将补偿值读入到***变量G0000；数控***按周期循环执行控制器；每个周期内，G0000中的数值被更新，同时误差补偿被执行，最终实现主轴热伸长误差的实时补偿。
优选的，在步骤S5中，相关参数修改包括Pr3941：第二埠通讯速度，设定资料传输速度波特率，模组默认为9600，则参数设置为2；Pr3942：第二埠资料位元数，设定资料位元长度，设定为8个位元；Pr3948：第二埠同位检查方式，设定同位检查码方式，设定为0无；Pr3949：第二埠停止位元数，设定停止位元数，设定为11个位元。
优选的，在步骤S8中，模型训练的整体流程说明包括主轴先以最高转速转动两小时，中间每四分钟对一次刀，主轴停转静置两小时，同样中间每四分钟对一次刀，之后分别80％最高转速及设定的预计加工转速重复上动作，共计12小时。
优选的，在步骤S11中，热変位补偿包括通过控制器数据处理功能，按一定周期更新与主轴轴线一致的直线轴机床外部坐标系偏置功能***变量，并且，数控***自动运行该直线轴的坐标系偏置功能，完成主轴热伸长误差的实时补偿。
优选的，温度传感器采用的型号为PT100。
优选的，温感模组采用的型号为研华ADAM-4015。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种对铣床主轴温升引起的热伸长进行补偿的方法，其特征在于：包括以下步骤：
首先，从机床冷机状态开始跑合一个流程，并对温度数据及热伸长数据采集，利用温度传感器实时检测当前铣床主轴转速下的温度数据，同时，通过对刀仪检测当前温度数据下的主轴热伸长数据；
然后，通过控制器抓取跑合过程中的温度数据及主轴热伸长数据来建立两者之间的关系模型；
最后，通过建立的关系模型，根据机床的实时温度数据计算当前的热伸长从而进行补偿；
所述温度及热伸长数据采集包括以下步骤：
S1、安装温度传感器：将六个温度传感器安装在机床主轴及主轴电机附近；
S2、温度传感器与温感模组连接：将温度传感器与温感模组正确连接；
S3、温感模组与控制器连接：将温感模组与控制器OPtionI/O接口的RS485引脚正确连接；
S4、梯形图修改：通过修改控制器的梯形图，可实现控制器一秒钟读取一次温感模组六个温度传感器的数据，并将RTD0-RTD5的数据分别放入控制器R7000-R7005寄存器中；
S5、参数修改：对控制器相关参数进行修改；
S6、建立补偿模型：进入温升补偿软件主界面，并且，按下“建立补偿模型”；
S7、补偿功能设定：设置好存放六个温度传感器温度数据的控制器R值，位移感测计量测对应R值，设置任意一个未使用的R值即可，软件会将对刀仪对出的刀长存放于该R值内，温度计R最大值、最小值对应温度设置为150、-50，控制器读取的温感模组数据并非真实温度值，需要经过转换；所述控制器R值由梯形图决定，其为R7000-R7005；
S8、模型训练加工档设定：设置对刀所用的Z轴参考点坐标、最低点坐标、安全点坐标以及右下角预计加工转速，按下“对刀动作测试”，执行完成一次对刀测试；
S9、模型训练：进入页面，按下“开始撷取”，控制器会开始跑合流程并抓取前边页面所设置温度及刀长的R值数据；
S10、模型建立完成：流程跑合结束后，控制器会自动建立模型，并在加工过程中进行自动补偿。
2.根据权利要求1所述的一种对铣床主轴温升引起的热伸长进行补偿的方法，其特征在于：所述温升补偿包括以下步骤：
S11、开启智慧温升补偿：在主界面按下“热变位补偿开启”即可使用。
3.根据权利要求1所述的一种对铣床主轴温升引起的热伸长进行补偿的方法，其特征在于：在步骤S5中，所述相关参数修改包括Pr3941设定资料传输速度，模组默认为9600，则参数设置为2；Pr3942设定资料位元长度，设定为8个位元；Pr3948设定同位检查码方式，设定为0；Pr3949设定停止位元数，设定为1。
4.根据权利要求1所述的一种对铣床主轴温升引起的热伸长进行补偿的方法，其特征在于：在步骤S8中，所述模型训练的整体流程说明包括主轴先以最高转速转动两小时，中间每四分钟对一次刀，主轴停转静置两小时，同样中间每四分钟对一次刀，之后分别80%最高转速及设定的预计加工转速重复上述动作，共计12小时。
5.根据权利要求2所述的一种对铣床主轴温升引起的热伸长进行补偿的方法，其特征在于：在步骤S11中，所述热变位补偿包括通过控制器数据处理功能，按一定周期更新与主轴轴线一致的直线轴机床外部坐标系偏置功能***变量，并且，数控***自动运行该直线轴的坐标系偏置功能，完成主轴热伸长误差的实时补偿。
6.根据权利要求1所述的一种对铣床主轴温升引起的热伸长进行补偿的方法，其特征在于：所述温度传感器采用的型号为PT100。
7.根据权利要求1所述的一种对铣床主轴温升引起的热伸长进行补偿的方法，其特征在于：所述温感模组采用的型号为研华ADAM-4015。
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