一种数控机床热变形测试补偿方法与流程

本发明涉及数控机床技术领域，具体涉及一种数控机床热变形测试补偿方法。

背景技术：

置于普通车间的大型高精度机床，在从秋季向冬季过渡，或从冬季向春季过渡时，受环境温度的热影响较大，致使床身导轨精度变化大，且精度难以保持。一般为恢复导轨精度，会定期重新调整机床基础上的垫铁和床身。

但重调床身导轨精度的技术难度高、工作量大、停机时间长，严重影响了企业生产的正常开展，降低了生产效率。由于产品规格较大，将其置于恒温车间成本较高，难以实施，极大影响了机床精度及精度保持性。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种数控机床热变形测试补偿方法，旨在降低了成本以及提高补偿精度和稳定性。

本发明所要解决的上述问题通过以下技术方案以实现：

一种数控机床热变形测试补偿方法，包括：

s1、建立机床初始的三维模型；

s2、启动至少一个的第一感应器组和第二感应器组实时监测机床的数据场；

s3、控制终端实时接收到所监测的数据场，并建立实时的三维模型；

s4、对比初始的三维模型与实时的三维模型，确定热变形的实时量；

s5、进行有限元分析验证，利用ansys软件进行仿真分析，判断实时监测数据与预测数据的偏差是否满足要求；

s6、控制热补偿控制装置，实现机床的热变形补偿。

优选的，所述s2中，s21，所述第一感应器组从第一感应区域往返驱动对机床进行监测形成第一数据场；所述第二感应器组从第二感应区域往返驱动对机床进行监测形成第二数据场。

优选的，所述第一感应区域位于所述第二感应区域的上方或者下方或者至少部分重合的区域。

优选的，所述s2中，所述第一感应器组靠近机床，所述第一感应器组包括第一红外扫描仪和第一移动驱动部件，所述第一红外扫描仪用于监测机床的结构的三维坐标点以及其温度场，所述第一移动驱动部件驱动所述第一红外扫描仪在第一感应区域进行往返运行以使得所述第一红外扫描仪监测机床的多个位置点的温度以及结构的坐标点；

和/或所述第二感应器组位于所述第一感应器组的上方，所述第二感应器组包括第二红外扫描仪和第二移动驱动部件，所述第二红外扫描仪用于监测机床的结构的三维坐标点以及其温度场，所述第二移动驱动部件用于驱动第二红外扫描仪在第二感应区域进行往返运行以使得所述第二红外扫描仪监测机床的多个位置点的温度以及结构的坐标点。

优选的，在所述s3中，所述第一感应器组和第二感应器组对机床的正面、左侧面、右侧面和后面多个方向的温度监测并且形成温度场分布图；所述第一感应器组和第二感应器组对机床的各个部件的三维坐标点综合形成实时的三维模型。

优选的，在所述s4中，s41，将所确定热变形的实时量创建形成补偿三维模型以供于所述s6进行补偿工序。

优选的，在所述s5中，s51，创建有限元模型；通过nx三维建模软件与ansys有限元分析软件的接口，将实时三维模型传到有限元分析软件中，并转化为cae零部件数字模型、划分网格，然后将材料属性赋到网格单元上，得到机床的有限元模型。

优选的，在所述s5中，所述有限元分析是根据结构的热对称、热平衡原理，从减小和平衡机床温度场的角度进行分析，采用虚拟方式对模型进行局部加热、局部冷却多种方法的试验，尽量使其温度场相对对称，减小机床的温度变化梯度，直到使机床的热变形达到最小化为止。

优选的，在所述s6中，所述热补偿控制装置包括加热装置，所述加热装置包括发出控制信号控制加热元件对机床相应部位进行加热的热补偿控制板，和与热补偿控制板连接并接收所述控制信号对机床相应部分进行加热的发热元件。

优选的，在所述s6中，所述热补偿控制装置包括冷却装置，所述冷却装置包括对机床进行冷却的冷却元件。

有益效果：本发明的技术方案通过采用第一、二感应器组通过多角度、多方向地监测机床的结构以及其他数据，并将其数据传输至控制终端，再由控制终端对所采集的数据进行创建实时三维模型，然后对比初始三维模型与实时三维模型之间的数据差确定已经遭受热变形的机床部件的变形量；紧接着通过有限元分析验证，利用ansys软件进行仿真分析，判断实时监测数据与预测数据的偏差是否满足生产加工要求范围；最后再由控制终端控制热补偿控制装置，实现机床的热变形补偿；进而够较真实地反映机床热变形的实际情况，减少监控感应器的数量，降低了成本以及提高补偿精度和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明所述的一种数控机床热变形测试补偿方法的流程图。

图2是本发明所述的一种数控机床热变形测试的结构示意图。

附图标号说明：1-机床的导轨；2-第一感应器组；21-第一红外扫描仪；22-第一移动驱动部件；3-第二感应器组；31-第二红外扫描仪；32-第二移动驱动部件。

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种数控机床热变形测试补偿方法。

如图1所示，在本发明一实施例中，该数控机床热变形测试补偿方法；包括：

s1、建立机床初始的三维模型；

s2、启动至少一个的第一感应器组2和第二感应器组3实时监测机床的数据场；

s3、控制终端实时接收到所监测的数据场，并建立实时的三维模型；

s4、对比初始的三维模型与实时的三维模型，确定热变形的实时量；

s5、进行有限元分析验证，利用ansys软件进行仿真分析，判断实时监测数据与预测数据的偏差是否满足要求；

s6、控制热补偿控制装置，实现机床的热变形补偿。

其中，在本实施方式中，所述三维模型为数控机床按照一定比例缩小的三维模型，其中三维模型可选用三维cad模型。

本发明的技术方案通过采用第一、二感应器组通过多角度、多方向地监测机床的结构以及其他数据，并将其数据传输至控制终端，再由控制终端对所采集的数据进行创建实时三维模型，然后对比初始三维模型与实时三维模型之间的数据差确定已经遭受热变形的机床部件的变形量；紧接着通过有限元分析验证，利用ansys软件进行仿真分析，判断实时监测数据与预测数据的偏差是否满足生产加工要求范围；最后再由控制终端控制热补偿控制装置，实现机床的热变形补偿；进而够较真实地反映机床热变形的实际情况，减少监控感应器的数量，降低了成本以及提高补偿精度和稳定性。

其中，所述ansys软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。它能与多数cad软件接口，实现数据的共享和交换，如pro/engineer,nastran,alogor,i-deas,autocad等，是现代产品设计中的高级cae工具之一。

具体地，所述s2中，s21，所述第一感应器组2从第一感应区域往返驱动对机床进行监测形成第一数据场；所述第二感应器组3从第二感应区域往返驱动对机床进行监测形成第二数据场；其中，在本实施方式中，所述第一感应区域位于所述第二感应区域的上方或者下方或者存在至少部分重合的区域；在此，如图2所示，所述第一感应区域位于所述第二感应区域的下方，通过多个与监测机床的数据进行综合处理可以提高监测数据的精准性，保障补偿准确性。

具体地，如图2所示，所述s2中，所述第一感应器组2选用两个且位于机床的导轨1的上方左右两端，所述第一感应器组2包括第一红外扫描仪21和第一移动驱动部件22，所述第一红外扫描仪21用于监测机床的导轨1的结构的三维坐标点以及其温度场，所述第一移动驱动部件22驱动所述第一红外扫描仪21在第一感应区域进行往返运行以使得所述第一红外扫描仪21监测机床的导轨1的多个位置点的温度以及结构的坐标点；

所述第二感应器组3选用两个且位于所述第一感应器组2的上方左右两端，所述第二感应器组3包括第二红外扫描仪31和第二移动驱动部件32，所述第二红外扫描仪31用于监测机床的导轨1的结构的三维坐标点以及其温度场，所述第二移动驱动部件32用于驱动第二红外扫描仪31在第二感应区域进行往返运行以使得所述第二红外扫描仪31监测机床的导轨1的多个位置点的温度以及结构的坐标点；

其中，在本实施方式中，所述第二移动驱动部件32和第一移动驱动部件22选用伸缩气缸、滑动丝杆、驱动电机组中一种。

通过第一红外扫描仪监测到的三维坐标数据与温度数据相结合第二红外扫描仪监测到的三维坐标数据和温度数据综合形成更为精准的实时三维坐标数据和温度数据，保障了后续的对比工序和分析工序的运行准确性。

通过第一、二移动驱动部件的驱动带动可以使得尽可能少的红外扫描对机床的导轨各个点的三维坐标数据和温度数据进行采集，降低整体的成本，同时保障了监测数据的准确性，提高了工作效率。

具体地，在所述s3中，所述第一感应器组和第二感应器组对机床的正面、左侧面、右侧面和后面多个方向的温度监测并且形成温度场分布图；所述第一感应器组和第二感应器组对机床的各个部件的三维坐标点综合形成实时的三维模型。

具体地，在所述s4中，s41，将所确定热变形的实时量创建形成补偿三维模型以供于所述s6进行补偿工序。

具体地，在所述s5中，s51，创建有限元模型；通过nx三维建模软件与ansys有限元分析软件的接口，将实时三维模型传到有限元分析软件中，并转化为cae零部件数字模型、划分网格，然后将材料属性赋到网格单元上，得到机床的有限元模型。

具体地，在所述s5中，所述有限元分析是根据结构的热对称、热平衡原理，从减小和平衡机床温度场的角度进行分析，采用虚拟方式对模型进行局部加热、局部冷却多种方法的试验，尽量使其温度场相对对称，减小机床的温度变化梯度，直到使机床的热变形达到最小化为止。

具体地，在所述s6中，所述热补偿控制装置包括加热装置，所述加热装置包括发出控制信号控制加热元件对机床相应部位进行加热的热补偿控制板，和与热补偿控制板连接并接收所述控制信号对机床相应部分进行加热的发热元件，如：电热管等；

所述热补偿控制装置包括冷却装置，所述冷却装置包括对机床进行冷却的冷却元件；其中所述冷却元件为风机、油冷管以及与油冷管相连的自动控温型油冷机等。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。