数控机床的电主轴的温度补偿方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数控领域，特别涉及一种数控机床的电主轴的温度补偿方法。
【背景技术】
[0002]高速数控机床是装备制造业的技术基础和发展方向之一，尤其是面对模具加工市场时。高速数控机床的核心部件是电主轴，其性能的好坏在很大程度上决定了整台机床的加工精度和生产效率。电主轴与普通结构的主轴相比，将电机内置于主轴，省掉齿轮、带轮等一系列环节，从而实现了将主轴传动系统的传动惯量尽可能地减至最小的目的。
[0003]电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低、响应快等优点，不但转速高、功率大，还有一系列控制主轴温升与振动等机床运行参数的功能，以确保其高速运转的可靠性与安全性。将电机内置于主轴部件后，不可避免的将会产生发热问题，从而需要设计专门的水冷或油冷装置系统及温度补偿功能。
[0004]高速电主轴的轴向热伸长直接影响刀具的位置，从而造成加工误差，如何快速、准确的测量高速电主轴的热伸长量对研究电主轴的动态特性以及发展智能电主轴及其重要。
[0005]现有技术中通过改变机床的机械结构来减小电主轴的轴向热伸长量对机床精度的影响。但是，改变机械结构会引起其他部件的受力情况的改变，因此这样的解决方案具有很强的局限性。
[0006]公开于该【背景技术】部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种数控机床的电主轴的温度补偿方法，从而克服通过改变机械结构减小电主轴的轴向热伸长量对机床精度的影响具有局限性的缺陷。
[0008]为实现上述目的，本发明提供了一种数控机床的电主轴的温度补偿方法，温度补偿方法包括如下步骤:使用温度传感器测量不同转速下的电主轴的温度，其中相邻两次测量之间间隔第一预定时间，并将实时温度输入温控装置;使电主轴在不同转速下保持第二预定时间，并使用对刀仪测量电主轴在不同转速下的热伸长量;根据所测量的实时温度和热伸长量建立温度变化与热伸长量之间的非线性曲线；使用PLC的文件存储器读取温控装置中的温度，并根据非线性曲线上与温度对应的点的切线所确定的线性关系来计算电主轴的热伸长量，作为温度补偿量;将温度补偿量补偿至数控机床的外部机械坐标偏移中。
[0009]优选地，上述技术方案中，第一预定时间为18-22分钟。
[0010]优选地，上述技术方案中，第二预定时间为15-20分钟。
[0011]优选地，上述技术方案中，线性关系为如下公式:热伸长量=电主轴的温度模拟量*100/205_(减去)电主轴的常温长度，其中，电主轴的温度模拟量由温控装置输出至PLC。
[0012]优选地，上述技术方案中，温度传感器为非接触式温度传感器。
[0013]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0014]本发明无需对数控机床的机械结构作出改动，避免对其他部件的受力发生影响，将温度的提升引起的热伸长量补偿到外部机械坐标偏移中，在保持低成本的基础上解决热伸长问题。
【附图说明】
[0015]图1是根据本发明的数控机床的电主轴的温度补偿装置。
[0016]图2是根据本发明的数控机床的电主轴的温度补偿方法的流程图。
[0017]图3是根据本发明的实时温度的测量结果。
[0018]图4是根据本发明的热伸长量的测量结果。
[0019]图5是根据本发明的温度变化与热伸长量之间的非线性曲线。
[0020]图6是根据本发明的PLC的计算梯形图。
[0021]主要附图标记说明:
[0022]1-原有电路，2-温控装置。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受【具体实施方式】的限制。
[0024]除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
[0025]如图1所示，根据本发明，在数控机床的原有电路1上增加了温控装置2，用于采集温度传感器所测量的电主轴(其轴线沿Z轴方向延伸)的实时温度。由于温控装置2输出的是模拟量，系统采集其信号需要采用模拟输入输出模块，因此电路中还增加了模拟输入输出模块(未不出)。
[0026]如图2所示，根据本发明的【具体实施方式】的数控机床的电主轴的温度补偿方法包括如下步骤:
[0027]S1:测量电主轴在不同转速下的温度
[0028]使用非接触式温度传感器测量不同转速下的电主轴的温度，其中相邻两次测量之间间隔第一预定时间，并将所测量的实时温度输入温控装置2，显示电主轴在不同转速下的实时温度，如图3所示。优选地，第一预定时间为18-22分钟，更优选为20分钟。
[0029]S2:测量电主轴在不同转速下的热伸长量
[0030]需要使用对刀仪测量刀的长度变化，从而得到电主轴的热伸长量。由于电主轴的热伸长滞后于温度变化，所以电主轴需要在某一转速保持第二预定时间后热伸长量才能保持不变。根据实际测量所知，第二预定时间为15-20分钟。不同转速下的电主轴的热伸长量的测量结果如图4所示。
[0031 ] S3:根据上述所测量的实时温度和热伸长量建立温度变化与热伸长量之间的非线性关系，曲线如图5所示。
[0032]S4:利用PLC计算某温度下的温度补偿量
[0033]在实际的温度补偿中，使用PLC的文件存储器读取温控装置2中的温度数据后，PLC根据上述非线性曲线上与该温度对应的点的切线所确定的温度与热伸长量的线性关系来计算电主轴的热伸长量，作为温度补偿量。
[0034]该线性关系为如下公式:
[0035]热伸长量=电主轴的温度模拟量*100/205-电主轴的常温长度
[0036]其中，电主轴的温度模拟量由温控装置2输出至PLC。
[0037]也就是说，PLC可根据上述线性关系使用*指令、D/指令和D-指令计算出相对应的热伸长量，请见图6所示的梯形图。
[0038]S5:将上述温度补偿量补偿至数控机床的Z轴外部机械坐标偏移中。
[0039]本发明无需对数控机床的机械结构作出改动，避免对其他部件的受力发生影响，将温度的提升引起的热伸长量补偿到外部机械坐标偏移中，在保持低成本的基础上解决了热伸长问题。
[0040]前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
【主权项】
1.一种数控机床的电主轴的温度补偿方法，其特征在于，所述温度补偿方法包括如下步骤: 使用温度传感器测量不同转速下的所述电主轴的温度，其中相邻两次测量之间间隔第一预定时间，并将所述实时温度输入温控装置； 使所述电主轴在不同转速下保持第二预定时间，并使用对刀仪测量所述电主轴在不同转速下的热伸长量； 根据所测量的实时温度和热伸长量建立温度变化与热伸长量之间的非线性曲线； 使用PLC的文件存储器读取所述温控装置中的温度，并根据所述非线性曲线上与所述温度对应的点的切线所确定的线性关系来计算所述电主轴的热伸长量，作为温度补偿量； 将所述温度补偿量补偿至所述数控机床的外部机械坐标偏移中。2.根据权利要求1所述的数控机床的电主轴的温度补偿方法，其特征在于，所述第一预定时间为18-22分钟。3.根据权利要求2所述的数控机床的电主轴的温度补偿方法，其特征在于，所述第二预定时间为15-20分钟。4.根据权利要求1所述的数控机床的电主轴的温度补偿方法，其特征在于，所述线性关系为如下公式: 热伸长量=电主轴的温度模拟量*100/205-电主轴的常温长度 其中，所述电主轴的温度模拟量由所述温控装置输出至所述PLC。5.根据权利要求1所述的数控机床的电主轴的温度补偿方法，其特征在于，所述温度传感器为非接触式温度传感器。
【专利摘要】本发明公开了一种数控机床的电主轴的温度补偿方法，温度补偿方法包括如下步骤：使用温度传感器测量不同转速下的电主轴的温度，其中相邻两次测量之间间隔第一预定时间，并将实时温度输入温控装置；使电主轴在不同转速下保持第二预定时间，并使用对刀仪测量电主轴在不同转速下的热伸长量；根据所测量的实时温度和热伸长量建立温度变化与热伸长量之间的非线性曲线；使用PLC的文件存储器读取温控装置中的温度，并根据非线性曲线上与温度对应的点的切线所确定的线性关系来计算电主轴的热伸长量，作为温度补偿量；将温度补偿量补偿至数控机床的外部机械坐标偏移中。本发明无需对数控机床的机械结构作出改动，避免对其他部件的受力发生影响。
【IPC分类】B23Q17/00, B23B19/02
【公开号】CN105415092
【申请号】CN201610013163
【发明人】黄 俊
【申请人】宁波天瑞精工机械有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2016年1月7日