一种数控机床温升补偿系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种数控机床温升补偿系统及方法,该补偿系统包括设在机床上的开关电源、PLC数控系统、与PLC数控系统电连接的伺服驱动器及与伺服驱动器电连接的驱动电机,还包括与PLC数控系统和开关电源电连接的温控器,每一温控器电连接设在机床上的环境温度传感器和设在运动轴上的设备温度传感器；温控器包括主控MCU、稳压模块、温度采集输入端口、输出驱动模块、用于数码显示温升数据的显示模块及设定温控器开/关机和输出精度的拨码开关,稳压模块电连接开关电源,并将+24V稳压为+5V输出而为温控器供电；主控MCU通过温度采集输入端口电连接环境温度传感器和设备温度传感器,主控MCU通过输出驱动模块与PLC数控系统电连接。

A Compensation System and Method for Temperature Rise of NC Machine Tool

【技术实现步骤摘要】
一种数控机床温升补偿系统及方法
本专利技术涉数控机床
,特别涉及一种数控机床温升补偿系统及方法。
技术介绍
目前,国内的数控机床,大多数都是半闭环控制,丝杆一般是电机端全固定式,另一端半固定式,丝杆采用这样的安装方式,会使机床在运作过程中,移动的轴,产生温升后会朝向半固定端方向产生延伸。数控机床在使用加工过程中,主轴及运动轴在高速旋转时,也会产生热量及热延伸，对于主轴和运动轴产生的热量及热延伸，现有中很多机床生产厂家对会主轴或运动轴与轴承安装座通过恒温油冷的方式进行循环冷却,使机床发热部位的温升得到有效控制，从而减小温升带来的形变。但通过恒温油冷的方式进行循环冷却，需要在冷油带走的热量与旋转部件产生的热量一样时，机床的部件温升才会稳定下来,但冷却油的温度与机床发热部位往往会存在一个温差值,这个温差值，同样会带给机床热延伸。对于机床产生热延伸，不少厂商通过加装温度传感器来,根据相应的钢材的热膨胀系数来进行补偿,如中国专利一种用于数控机床温升补充的方法(专利申请号：2016104295608)，也有一些通过温升数据与位移变化量的对应关系进行补偿，如中国专利一种机床温升补偿方法(专利申请号：2016102377567)；上述2016104295608和2016102377567专利所匹配的对机床进行温升补偿都存在一些不合理因数:上述专利并未考虑到实际使用时,环境温度变化,例如:机床在使用的过程中,外部突然停电并在短暂时间之后又恢复供电,机床再次复产时，如果没有环境温度传感器作为参考的话,此时,现有的公开的专利补偿方案是无法识别的,只能从头开始进行补偿,但是,此时的主轴温度肯定比环境温度要高,从头开始进行补偿，那就会造成工件的精度误差过大而不合格。目前,在相关
中,尚缺少解决上述问题且成本低、温升补偿精准的数控机床温升补偿系统及方法。
技术实现思路
本专利技术的解决的技术问题是针对上述现有技术中的存在的缺陷,提供一种成本低、温升补偿精准的数控机床温升补偿系统及方法。根据本专利技术的第一方面,本专利技术提供一种技术方案如下:一种数控机床温升补偿系统,包括设在机床上的开关电源、PLC数控系统、与PLC数控系统电连接的伺服驱动器及与伺服驱动器电连接的运动轴的驱动电机,还包括与PLC数控系统和开关电源电连接的至少一个温控器,每一所述温控器还电连接设在机床上的环境温度传感器和设在机床的运动轴上的设备温度传感器；所述温控器包括主控MCU、稳压模块、温度采集输入端口、输出驱动模块、用于数码显示温升数据的显示模块及设定温控器开/关机和输出精度的拨码开关,其中,所述稳压模块电连接开关电源,并将开关电源的+24V稳压为+5V输出并为温控器供电；所述主控MCU通过温度采集输入端口电连接环境温度传感器和设备温度传感器,所述主控MCU通过输出驱动模块与PLC数控系统电连接,所述主控MCU能接收环境温度传感器和设备温度传感器采集的环境及运动轴的温度并将计算处理的运动轴温升数据传送至PLC数控系统；所述PLC数控系统能接收温控器传送的温升数据并控制伺服驱动器驱动匹配的驱动电机进行温升补偿。作为对上技术方案的进一步阐述，在上述技术方案中,所述PLC数控系统为三菱PLC数控系统或法那科PLC数控系统或西门子PLC数控系统,所述伺服驱动器为三菱伺服驱动器或法那科伺服驱动器或西门子伺服驱动器,所述驱动电机为步进电机。在上述技术方案中,所述主控MCU为PIC16F1933型号的单片机,所述稳压模块包括MP1584电源芯片,所述MP1584电源芯片的输入端通过串接稳压二极管D1与开关电源的+24V电连接,其输出端串接电感L1与+5V输出端口电连接,所述电感L1和+5V输出端口的电连接点还通过由电阻R2和电阻R4组成的采样电路对地,所述电阻R2与电阻R4的电连接点还与MP1584电源芯片的反馈端口电连接。在上述技术方案中,所述显示模块为三位七端数目显示管,所述输出驱动模块包括多条输出驱动支路,每一所述输出驱动支路均包括8050开关三极管,所述8050开关三极管的基极串接电阻与主控MCU的一I/O口电连接，所述8050开关三极管的集电极串接电阻电连接稳压模块的输入端,所述8050开关三极管的集电极还与PLC数控系统匹配的温升数据输入端口电连接,所述8050开关三极管的发射极对地；所述拨码开关为四位拨码开关。根据本专利技术的第二方面,本专利技术提供一种技术方案如下:一种数控机床温升补偿方法,其特征在于,包括如第一方面所述的一种数控机床温升补偿系统,还包括如下步骤:S1.测量机床各运动轴的轴向温升热伸长单位量Ni,包括：S11.通过温控器、环境温度传感器、设备温度传感器及千分表获取各运动轴的k个在设定测量时间h内的温升△ti和轴向热伸长量其中,设定测量时间h内的温升△ti为测量完成时运动轴与环境的温差△tih与测试初始时刻运动轴与环境的温差△ti0的差值；S12.对获取的k个温升△ti和多个轴向热伸长量分别进行加权平均并计算平均温升△Ti和平均热伸长量△Li；S13.根据计算温升补偿单位量；其中,Ni表示运动轴温升℃的热伸长量；S2.通过温控器检测并按以下公式计算各运动轴工作状态下单位时间m内的温升数据Ti,Ti＝△Tim-△Ti0其中,△Tim表示检测时运动轴与环境的温差,△Ti0表示运动轴开始工作时与环境的温差；S3.PLC数控系统基于温升数据Ti和轴向温升热伸长单位量Ni计算各运动轴的轴向温升补偿量Li并对运动轴进行补偿。作为对上技术方案的进一步阐述，在上述技术方案中,步骤S1中,获取各运动轴的k个在设定测量时间h内的温升△ti包括：利用设置机床上的环境温度传感器测量运动轴测量开始时的环境温度T0和运动轴以转速Mr/min旋转h小时间后的环境温度Th；利用设在运动轴上的设备温度传感器测量运动轴开始运动时的温度Ti0和运动轴以转速Mr/min旋转h小时后的温度Tih；利用如下公式计算△ti其中,h≥3,M≥12000。在上述技术方案中,步骤S1中,获取各运动轴的多个在设定测量时间h内的轴向热伸长量包括:将运动轴移动至与设在机床上的千分表触压并记录运动轴在初始位置时的千分表刻度数Ni0；将运动轴沿其轴向方向远离机床移开,并在运动轴以转速Mr/min旋转h小时后移动至初始位置；读取运动轴移回至初始位置时千分表刻度数Nih利用如下公式计算其中,Ni0和Nih均为整数,λ为千分表每一刻度对应的长度,单位为mm。在上述技术方案中,步骤S11中,获取的温升△ti和轴向热伸长量的个数k为：k≥4；步骤S13中,n＝10,Ni表示运动轴温升0.1℃的热伸长量。在上述技术方案中,步骤S2还包括：利用设在机床上的环境温度传感器测量运动轴启动工作时的环境温度t0和运动轴以转速Sr/min工作单位时间m后的环境温度tm；利用设在运动轴上的设备温度传感器测量运动轴启动工作时的环境温度ti0和运动轴以转速Sr/min工作单位时间m后的环境温度tim；由温控器基于如下公式分别计算△Tim与△Ti0：△Tim＝tim-ti0；△Ti0＝tm-t0；其中,单位时间m为8-10ms。在上述技术方案中,步骤S3中,所述的PLC数控系统基于温升数据Ti和轴向温升热伸长单位量Ni计算各运动轴的轴向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数控机床温升补偿系统,包括设在机床上的开关电源、PLC数控系统、与PLC数控系统电连接的伺服驱动器及与伺服驱动器电连接的运动轴的驱动电机,其特征在于，还包括与PLC数控系统和开关电源电连接的至少一个温控器,每一所述温控器还电连接设在机床上的环境温度传感器和设在机床的运动轴上的设备温度传感器；所述温控器包括主控MCU、稳压模块、温度采集输入端口、输出驱动模块、用于数码显示温升数据的显示模块及设定温控器开/关机和输出精度的拨码开关,其中，所述稳压模块电连接开关电源,并将开关电源的+24V稳压为+5V输出并为温控器供电；所述主控MCU通过温度采集输入端口电连接环境温度传感器和设备温度传感器,所述主控MCU通过输出驱动模块与PLC数控系统电连接,所述主控MCU能接收环境温度传感器和设备温度传感器采集的环境及运动轴的温度并将计算处理的运动轴温升数据传送至PLC数控系统；所述PLC数控系统能接收温控器传送的温升数据并控制伺服驱动器驱动匹配的驱动电机进行温升补偿。

【技术特征摘要】
1.一种数控机床温升补偿系统,包括设在机床上的开关电源、PLC数控系统、与PLC数控系统电连接的伺服驱动器及与伺服驱动器电连接的运动轴的驱动电机,其特征在于，还包括与PLC数控系统和开关电源电连接的至少一个温控器,每一所述温控器还电连接设在机床上的环境温度传感器和设在机床的运动轴上的设备温度传感器；所述温控器包括主控MCU、稳压模块、温度采集输入端口、输出驱动模块、用于数码显示温升数据的显示模块及设定温控器开/关机和输出精度的拨码开关,其中，所述稳压模块电连接开关电源,并将开关电源的+24V稳压为+5V输出并为温控器供电；所述主控MCU通过温度采集输入端口电连接环境温度传感器和设备温度传感器,所述主控MCU通过输出驱动模块与PLC数控系统电连接,所述主控MCU能接收环境温度传感器和设备温度传感器采集的环境及运动轴的温度并将计算处理的运动轴温升数据传送至PLC数控系统；所述PLC数控系统能接收温控器传送的温升数据并控制伺服驱动器驱动匹配的驱动电机进行温升补偿。2.根据权利要求1所述的一种数控机床温升补偿系统，其特征在于,所述PLC数控系统为三菱PLC数控系统或法那科PLC数控系统或西门子PLC数控系统,所述伺服驱动器为三菱伺服驱动器或法那科伺服驱动器或西门子伺服驱动器,所述驱动电机为步进电机。3.根据权利要求2所述的一种数控机床温升补充系统,其特征在于,所述主控MCU为PIC16F1933型号的单片机,所述稳压模块包括MP1584电源芯片,所述MP1584电源芯片的输入端通过串接稳压二极管D1与开关电源的+24V电连接,其输出端串接电感L1与+5V输出端口电连接,所述电感L1和+5V输出端口的电连接点还通过由电阻R2和电阻R4组成的采样电路对地,所述电阻R2与电阻R4的电连接点还与MP1584电源芯片的反馈端口电连接。4.根据权利要求3所述的一种数控机床温升补充系统,其特征在于,所述显示模块为三位七端数目显示管,所述输出驱动模块包括多条输出驱动支路,每一所述输出驱动支路均包括8050开关三极管,所述8050开关三极管的基极串接电阻与主控MCU的一I/O口电连接，所述8050开关三极管的集电极串接电阻电连接稳压模块的输入端,所述8050开关三极管的集电极还与PLC数控系统匹配的温升数据输入端口电连接,所述8050开关三极管的发射极对地；所述拨码开关为四位拨码开关。5.一种数控机床温升补偿方法,其特征在于,包括如权利要求1-4任一项所述的一种数控机床温升补偿系统，还包括如下步骤:S1.测量机床各运动轴的轴向温升热伸长单位量Ni,包括：S11.通过温控器、环境温度传感器、设备温度传感器及千分表获取各运动轴的k个在设定测量时间h内的温升△ti和轴向热伸长量其中,设定测量时间h内的温升△ti为测量完成时运动轴与环境的温差△tih与测试初始时刻运动轴与环境的温差△ti0的差...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈少零，邹善福，
申请(专利权)人：东莞市福思特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44