一種數控機床用熱誤差補償控制裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種數控機床用熱誤差補償控制裝置，包括嵌入式主控單元、熱誤差補償計算單元、數據采集處理單元、溫度檢測單元、位置檢測單元和光電隔離單元。該數控機床用熱誤差補償控制裝置中，溫度檢測單元和位置檢測單元均采用無線傳輸方式與數據采集處理單元相連接，使得多個溫度探測單元、多個位置探測單元與數據采集處理單元之間布線簡單、連接方便且占用接口少；補償熱誤差通過光電隔離單元后再輸入數控裝置以完成機床的熱誤差補償，避免由于嵌入式主控單元體積較小而機床機械尺寸龐大時，使得加工過程中產生震動、噪音和電磁干擾，從而有效保證熱補償裝置控制器運行的安全性與穩定性。

A heat error compensation control device for CNC machine tools

The invention discloses a heat error compensation control device for numerical control machine tool, including an embedded main control unit, a heat error compensation calculation unit, a data acquisition and processing unit, a temperature detection unit, a position detection unit and a photoelectric isolation unit. In the heat error compensation control device for the CNC machine tool, the temperature detection unit and the location detection unit are all connected to the data acquisition and processing unit by the wireless transmission mode, which makes the wiring simple, the connection convenient and the interface less between the multiple temperature detection units, the multiple location detection units and the data acquisition and processing units; The compensatory heat error is reinput through the photoelectric isolation unit to complete the thermal error compensation of the machine tool, avoiding the large size of the embedded main control unit and the large mechanical size of the machine tool, so that the vibration, noise and electromagnetic interference are produced in the process, thus effectively ensuring the safety of the controller operation of the heat compensation device. Stability.

【技術實現步驟摘要】
一種數控機床用熱誤差補償控制裝置
本專利技術涉及數控機床
，尤其涉及一種數控機床用熱誤差補償控制裝置。
技術介紹
機床熱誤差是由于機床內外熱源的作用而使機床組成部件發生熱變形而導致的，越精密、高速、大型的機床，熱誤差占總誤差的比例越大。熱誤差不僅使產品的尺寸精度下降，而且因尺寸調整對產品的生產率產生極大的影響。國內外研究表明，熱誤差是數控機床最大的誤差源之一，占總誤差的40％-70％。由此可見，有效控制熱誤差、開發有效的數控機床熱誤差補償裝置對提高數控機床加工精度有著重要的意義。目前，減小數控加工裝置的熱誤差的方式主要有兩種：誤差防止法和誤差補償法。誤差防止法依賴改進數控加工裝置結構設計等改良硬件的方法或者直接實現對溫度的控制來減少熱誤差，這種方法在一定程度上能夠降低熱源溫升、均衡溫升和減少數控加工裝置熱變形，但是會增加結構設計和制造的成本。誤差補償法就是通過分析建模獲得數控加工裝置的誤差估算，然后利用不同的方法適當的補償，消除或者降低系統的誤差，是一種既有效又經濟的提高數控加工裝置加工精度的手段。目前，熱誤差補償的方法已成為國內外現代精密工程的重要研究領域。然而，現有誤差補償技術存在如下問題：(1)由于熱誤差補償技術的溫度傳感器與位置傳感器采用并行的方式進行排列，因而，每個溫度傳感器及位置傳感器均必須通過單獨的連線與采集控制器連接，導致多個溫度傳感器、多個位置傳感器與采集控制單元相連接后的布線復雜。(2)由于熱誤差補償技術的溫度傳感器采用熱電阻或熱電偶，輸出為弱的電信號，導致熱誤差補償裝置的抗干擾能力下降，誤差補償模型的魯棒性和通用性不夠好。(3)由于熱誤差補償技術采用單一的DSP或ARM芯片完成誤差補償計算與采集控制，芯片功耗大、響應較慢，誤差補償的實時性不好。(4)由于熱誤差補償時補償器獲取編碼器的反饋脈沖信號，與補償器計算的空間誤差脈沖信號相加減，然后用特殊的電子裝置將該補償信號作為相位信號插入伺服環中。當該插入比較復雜時，容易出現補償信號與機床本身的反饋信號之間相互干涉，從而影響數控機床工作的穩定性。
技術實現思路
本專利技術提供了一種數控機床用熱誤差補償控制裝置，使得熱誤差補償控制裝置布線靈活，能有效避免加工過程中產生震動、噪音和電磁干擾，保證熱補償裝置控制器運行的安全性與穩定性。為實現上述設計，本專利技術采用以下技術方案：一種數控機床用熱誤差補償控制裝置，包括嵌入式主控單元、熱誤差補償計算單元、數據采集處理單元、溫度檢測單元、位置檢測單元和光電隔離單元；所述數據采集處理單元通過無線傳輸模塊采集所述溫度檢測單元實時測得的數控機床溫度敏感處的溫度信息和所述位置檢測單元實時測得的數控機床關鍵位置的位置信息；所述嵌入式主控單元通過GPIO接口獲取所述數據采集處理單元采集的溫度信息和位置信息，并設置所述數據采集處理單元的數據采集方式；所述熱誤差補償計算單元通過HPI接口從所述嵌入式主控單元接收所述溫度信息和位置信息，根據所述溫度信息和位置信息以及預先建立的數學模型計算模型參數，并將所述模型參數返回到所述嵌入式主控單元；所述嵌入式主控單元根據所述模型參數及所述溫度信息計算補償熱誤差，將所述補償熱誤差通過所述光電隔離單元輸入數控裝置以完成機床的熱誤差補償。其中，所述預先建立的數學模型為多元線性回歸或神經網絡模型。其中，所述溫度敏感處包括數控機床主軸前端軸承座、絲杠軸承座、螺母座、主軸箱和床身；所述關鍵位置包括數控機床主軸的X向、Y向和Z向。其中，所述數據采集方式包括采集通道和采集頻率。其中，所述數據采集處理單元采用FPGA芯片，設有無線傳輸模塊。其中，所述嵌入式主控單元采用ARM芯片，設有RJ45通信接口。其中，所述熱誤差補償計算單元采用DSP芯片。其中，所述溫度檢測單元采用光纖光柵溫度傳感器，設有無線傳輸模塊。其中，所述位置檢測單元采用電渦流傳感器，設有無線傳輸模塊。其中，所述將所述補償熱誤差通過所述光電隔離單元輸入數控裝置以完成機床的熱誤差補償，具體為：將所述補償熱誤差通過所述光電隔離單元后由數控裝置的GPIO口進入所述數控裝置，根據所述補償熱誤差通過PLC編程平移所述數控裝置的參考原點，并將所述補償熱誤差加入伺服環的控制信號中以實現對所述CNC控制裝置的誤差量的補償。本專利技術的有益效果為：本專利技術的數控機床用熱誤差補償控制裝置，包括嵌入式主控單元、熱誤差補償計算單元、數據采集處理單元、溫度檢測單元、位置檢測單元和光電隔離單元；所述數據采集處理單元通過無線傳輸模塊采集所述溫度檢測單元實時測得的數控機床溫度敏感處的溫度信息和所述位置檢測單元實時測得的數控機床關鍵位置的位置信息；所述嵌入式主控單元通過GPIO接口獲取所述數據采集處理單元采集的溫度信息和位置信息，并設置所述數據采集處理單元的數據采集方式；所述熱誤差補償計算單元通過HPI接口從所述嵌入式主控單元接收所述溫度信息和位置信息，根據所述溫度信息和位置信息以及預先建立的數學模型計算模型參數，并將所述模型參數返回到所述嵌入式主控單元；所述嵌入式主控單元根據所述模型參數及所述溫度信息計算補償熱誤差，將所述補償熱誤差通過所述光電隔離單元輸入數控裝置以完成機床的熱誤差補償。數控機床用熱誤差補償控制裝置中，溫度檢測單元和位置檢測單元均采用無線傳輸方式與數據采集處理單元相連接，使得多個溫度探測單元和多個位置探測單元與數據采集處理單元之間布線簡單、連接方便且占用接口少；補償熱誤差通過光電隔離單元后再輸入數控裝置以完成機床的熱誤差補償，避免由于嵌入式主控單元體積較小而機床機械尺寸龐大時，使得加工過程中產生震動、噪音和電磁干擾，從而有效保證熱補償裝置控制器運行的安全性與穩定性。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例中的技術方案，下面將對本專利技術實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據本專利技術實施例的內容和這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本專利技術具體實施方式中提供的一種數控機床用熱誤差補償控制裝置的結構方框圖。圖2是本專利技術具體實施方式中提供的一種數控機床用熱誤差補償控制裝置的嵌入式主控單元的結構方框圖。圖3是本專利技術具體實施方式中提供的一種數控機床用熱誤差補償控制裝置的數據采集處理單元的結構方框圖。圖4是本專利技術具體實施方式中提供的一種數控機床用熱誤差補償控制裝置的熱誤差補償計算單元的結構方框圖。圖5是本專利技術具體實施方式中提供的一種數控機床用熱誤差補償控制裝置的溫度檢測單元的結構方框圖。圖6是本專利技術具體實施方式中提供的一種數控機床用熱誤差補償控制裝置的位置檢測單元的結構方框圖。圖7是本專利技術具體實施方式中提供的一種數控機床用熱誤差補償控制裝置的誤差補償原理的結構方框圖。具體實施方式為使本專利技術解決的技術問題、采用的技術方案和達到的技術效果更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術實施例的技術方案作進一步的詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。如圖1所示，本專利技術的數控機床用熱誤差補償控制裝置，包括嵌入式主控單元、熱誤差補償計算單元本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種數控機床用熱誤差補償控制裝置，其特征在于，包括嵌入式主控單元、熱誤差補償計算單元、數據采集處理單元、溫度檢測單元、位置檢測單元和光電隔離單元；所述數據采集處理單元通過無線傳輸模塊采集所述溫度檢測單元實時測得的數控機床溫度敏感處的溫度信息和所述位置檢測單元實時測得的數控機床關鍵位置的位置信息；所述嵌入式主控單元通過GPIO接口獲取所述數據采集處理單元采集的溫度信息和位置信息，并設置所述數據采集處理單元的數據采集方式；所述熱誤差補償計算單元通過HPI接口從所述嵌入式主控單元接收所述溫度信息和位置信息，根據所述溫度信息和位置信息以及預先建立的數學模型計算模型參數，并將所述模型參數返回到所述嵌入式主控單元；所述嵌入式主控單元根據所述模型參數及所述溫度信息計算補償熱誤差，將所述補償熱誤差通過所述光電隔離單元輸入數控裝置以完成機床的熱誤差補償。

【技術特征摘要】
1.一種數控機床用熱誤差補償控制裝置，其特征在于，包括嵌入式主控單元、熱誤差補償計算單元、數據采集處理單元、溫度檢測單元、位置檢測單元和光電隔離單元；所述數據采集處理單元通過無線傳輸模塊采集所述溫度檢測單元實時測得的數控機床溫度敏感處的溫度信息和所述位置檢測單元實時測得的數控機床關鍵位置的位置信息；所述嵌入式主控單元通過GPIO接口獲取所述數據采集處理單元采集的溫度信息和位置信息，并設置所述數據采集處理單元的數據采集方式；所述熱誤差補償計算單元通過HPI接口從所述嵌入式主控單元接收所述溫度信息和位置信息，根據所述溫度信息和位置信息以及預先建立的數學模型計算模型參數，并將所述模型參數返回到所述嵌入式主控單元；所述嵌入式主控單元根據所述模型參數及所述溫度信息計算補償熱誤差，將所述補償熱誤差通過所述光電隔離單元輸入數控裝置以完成機床的熱誤差補償。2.根據權利要求1所述的一種數控機床用熱誤差補償控制裝置，其特征在于，所述預先建立的數學模型為多元線性回歸或神經網絡模型。3.根據權利要求1所述的一種數控機床用熱誤差補償控制裝置，其特征在于，所述溫度敏感處包括數控機床主軸前端軸承座、絲杠軸承座、螺母座、主軸箱和床身；所述關鍵位置包括數控機床主軸的X向、Y向和Z向。4.根據權利要求1所述的一種數控機床用熱誤...

【專利技術屬性】
技術研發人員：桂建保，王濤波，曾德江，翟小兵，戴護民，
申請(專利權)人：廣東機電職業技術學院，
類型：發明
國別省市：廣東,44