Cnc机床热增长特性的制作方法【
技术领域：
】[0001]本公开涉及表征CNC机床热增长的方法。【
背景技术：
】[0002]计算机数字控制(CNC)加工广泛应用于各种制造组件的生产(包括汽车工业)中。CNC加工中心在使用期间会经历温度变化，这会由于机床内各种组件的热膨胀而导致加工精度降低。温度变化可由多种因素引起，包括机床预热、机床组件产生的热、环境温度的变化。热膨胀可导致工件与刀具之间的相对位置在实际位置中与所命令的位置相比偏离高达70μπι。对于需要高度控制公差的应用，这种因热膨胀导致的误差是不可接受的。为解决这个问题，CNC机床制造商已经实施若干方法来应对热增长。一种方法是热补偿，其可包括感测机床的一个或更多个组件的温度并应用预校准算法来调整工件和/或刀具的命令位置以补偿热膨胀。【
发明内容】[0003]在至少一个实施例中，提供了一种方法，该方法包括将具有孔的人工制品安装到CNC机床上，并确定在温度！\时人工制品的孔相对于CNC机床的第一位置和在大于温度Τ1的温度1~2时人工制品的孔相对于CNC机床的第二位置。该方法还可包括计算第二位置相对于第一位置的偏差，以确定CNC机床的热稳定性。[0004]该方法可包括操作CNC机床使得温度从?\升高到T2oCNC机床可包括主轴和探针，而确定步骤可包括确定人工制品的孔相对于主轴和探针的第一位置和第二位置。在一个实施例中，该方法包括测量CNC机床上一个或更多个位置处的温度。CNC机床热补偿机制可在确定第二位置之前而被启用。可在启用和关闭CNC机床热补偿机制的情况下，执行确定第二位置的步骤，并且计算步骤可包括在启用和关闭热补偿机制的情况下计算第二位置相对于第一位置的偏差。[0005]在一个实施例中，人工制品包括至少两个孔，而确定步骤包括确定在温度?\时人工制品的每个孔相对于CNC机床的第一位置以及在温度1~2时人工制品的每个孔相对于CNC机床的第二位置，且计算步骤包括计算人工制品的每个孔的第二位置相对于人工制品的每个孔的第一位置的偏差。在另一个实施例中，确定步骤还包括确定在高于?\的多个温度时人工制品的孔相对于CNC机床的位置，且计算步骤包括计算在所述多个温度时的人工制品的孔的位置相对于第一位置的偏差。[0006]在至少一个实施例中，提供了一种方法，该方法包括将具有孔的人工制品安装到CNC机床上并执行测试循环。测试循环可包括探测人工制品的孔来确定其相对于CNC机床的位置并执行包括一个或更多个CNC加工过程的干循环。该方法可进一步包括计算孔位置相对于孔和CNC机床之间的参考相对位置的偏差。[0007]该方法可包括将测试循环重复一次或更多次并在每次测试循环时计算孔位置相对于该孔和CNC机床之间的参考相对位置的偏差。在一个实施例中，监测CNC机床上的至少一个位置处的温度，并且将所述至少一个位置处在第二时间t2时的温度与第一时间ti时的温度进行比较。如果t2时的温度和ti时的温度之间的差值大于预定值，那么可执行附加的测试循环。在一个实施例中，无论t2时的温度和ti时的温度之间的差值是多少，重复测试循环持续至少最小时间且最多持续最大时间。该方法可包括将偏差与预定公差进行比较。[0008]在一个实施例中，干循环包括钻孔或铣削加工。干循环也可包括一个或更多个换刀、快速进给、A/B分度和速度/进给。预定值可在0.5至5.0°C之间。CNC机床可在第一测试循环之前处在环境温度下。在一个实施例中，在温度控制机制关闭和打开的情况下执行探测步骤。[0009]在至少一个实施例中，提供了一种非暂时性计算机可读存储介质。非暂时性计算机可读存储介质可存储指令用于评估CNC机床热补偿机制的有效性。当被计算机执行时，该指令可使计算机执行以下功能:从CNC机床上接收关于在温度!\时人工制品的孔相对于CNC机床的第一位置的信息和在大于温度?\的温度Τ2时人工制品的孔相对于CNC机床的第二位置的信息；以及计算第二位置相对于第一位置的偏差，以确定CNC机床热补偿机制的有效性。[0010]根据本发明，提供一种方法，该方法包括:将具有孔的人工制品安装在CNC机床上；执行测试循环，包括探测人工制品的孔以确定其相对于CNC机床的位置和执行包括一个或更多个CNC加工过程的干循环；计算孔位置相对于在该孔和CNC机床之间的参考相对位置的偏差。[0011]根据本发明的一个实施例，方法还包括将测试循环重复一次或更多次并计算每次测试循环下的孔位置相对于孔和CNC机床之间的参考相对位置的偏差。[0012]根据本发明的一个实施例，方法还包括监测CNC机床上的至少一个位置处的温度，并且将该至少一个位置处的在第二时间〖2时的温度与在第一时间t4寸的温度进行比较。[0013]根据本发明的一个实施例，如果在第二时间〖2时的温度与在第一时间t^寸的温度之间的差值大于预定值，那么执行额外的测试循环。[0014]根据本发明的一个实施例，无论t2时的温度和ti时的温度之间的差值是多少，测试循环被重复持续至少最小时间且最多持续最大时间。[0015]根据本发明的一个实施例，方法还包括将偏差与预定公差进行比较。[0016]根据本发明的一个实施例，干循环包括钻孔或铣削过程。[0017]根据本发明的一个实施例，干循环还包括一个或更多个换刀、快速进给、A/B分度和速度/进给。[0018]根据本发明的一个实施例，预定值为从0.5至5.0°C。[0019]根据本发明的一个实施例，在温度控制机制关闭以及温度控制机制打开的情况下执行探测步骤。[0020]根据本发明的一个实施例，CNC机床在第一次测试循环之前处于环境温度下。[0021]根据本发明，提供一种非暂时性计算机可读存储介质，存储指令用于评估CNC机床热补偿机制的有效性，当计算机执行指令时使计算机执行以下功能:从CNC机床接收关于在温度！\时人工制品的孔相对于CNC机床的第一位置的信息和在大于温度Ti的温度T2时该人工制品的孔相对于CNC机床的第二位置的信息；计算第二位置相对于第一位置的偏差，以确定CNC机床热补偿机制的有效性。【附图说明】[0022]图1是根据实施例的用于分析CNC机床热增长的人工制品(artifact)的透视图。[0023]图2是根据实施例的附连到工件台(parttable)的人工制品的俯视图。[0024]图3是根据实施例的附连到工件台的人工制品的侧视图。[0025]图4是在工件台旋转180度的情况下图3的人工制品的另一个侧视图。[0026]图5是根据实施例的用于CNC机床热增长表征的算法。[0027]图6是根据实施例的可用于执行图5中的算法的计算机系统的简化示意图。[0028]图7是示出了CNC机床床身和主轴的温度随时间的变化的温度测试数据的示例。[0029]图8是在热补偿关闭和打开的情况下孔在X、Y和Z方向上的线性偏差测试数据的示例。[0030]图9是在热补偿关闭和打开的情况下另一个孔在Χ、Υ和Ζ方向上的线性偏差测试数据的示例。[0031]图10是在热补偿打开的情况下六个孔在X方向上的线性偏差测试数据的示例。【具体实施方式】[0032]根据需要，在此公开本发明的详细实施例。然而，将理解的是，所公开的实施例仅是本发明的示例，本发明可采用各种和替代的形式实施。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅为教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。[0033]可以使用CNC机床执行各种加工操作。例如，铣床、车床、钻床、电火花加工机床(EDM)、刳刨机、切割机(例如，水、等离子、激光等)、磨床、焊接机、冲压机、喷涂机及其他均可被构造为CNC机床。CNC机床的操作原理对于本领域的普通技术人员是公知的且不作详细说明。通常情况下，CNC机床包括沿X轴和Υ轴运动的工件台和在Ζ轴上运动的刀具主轴。将要被加工的零件附连到工件台，并通过沿X和Υ方向移动零件以及沿Ζ方向移动刀具而执行操作。或者，零件可保持静止而刀具可沿Χ、Υ和Ζ方向移动。更先进的CNC机床还可包括通过使用旋转台和/或耳轴的组合而围绕一个或更多个轴旋转。[0034]通常情况下，CNC机床包括许多组件，例如，主轴、滚珠丝杠、工件台、耳轴、机床立柱、床身、夹具和其他。这些组件可各自具有它们自己的几何形状并且可以由不同的材料制成。因此，组件可由于大小和形状的不同和/或热膨胀属性(例如，热膨胀系数)的差异而各自对温度变化的反应不同。为试图补偿机床组件的热膨胀或热增长，CNC机床供应商已经创建了算法，该算法使用从机床上的一个或更多个位置收集的温度数据并调整刀具和/或工件的命令位置，使得刀具与工件的相对位置是准确的。热补偿还可包括使用各种温度控制机制。例如，CNC机床可包括空气或液体冷却、风扇、散热器或者用于散热或以其它方式控制温度的其他装置。[0035]然而，热补偿在若干种方式下无法准确地校正CNC机床的热膨胀。一种方式是如果在算法中所执行的计算不准确的情况。该算法可接收校正输入(例如，温度数据)，但它不会对刀具和/或工件的命令位置进行校正调整，从而引起超过可接受公差的误差。这样的不精确可能会由不正确的计算、不正确的材料属性数据、不正确的材料选择或其他错误源引起。另一种方式是如果输入到算法中的输入不正确的情况。例如，温度数据可能不准确、当前第1页1 2 3 4