一种数控机床的网络群控式误差动态补偿系统技术方案

本发明专利技术涉及一种数控机床的网络群控式误差动态补偿系统，包括机床误差测量仪器、温度传感器、温度数据采集卡、第一路由器、工控机和第二路由器；所述的工控机中内嵌有群控误差补偿与监控子系统，该群控误差补偿与监控子系统包括误差建模模块、状态监控模块和误差补偿模块，所述的数控机床中内嵌有二次界面子系统，该二次界面子系统包括通信模块、机床参数存取模块以及误差补偿实施模块。与现有技术相比，本发明专利技术通过其各模块之间的相互配合，实现在一台工控机上对多台数控机床进行误差动态补偿和状态信息监控的效果，批量提高了数控机床的加工精度，具有补偿效率高、补偿精度高、实现成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种数控机床的网络群控式误差动态补偿系统，包括机床误差测量仪器、温度传感器、温度数据采集卡、第一路由器、工控机和第二路由器；所述的工控机中内嵌有群控误差补偿与监控子系统，该群控误差补偿与监控子系统包括误差建模模块、状态监控模块和误差补偿模块，所述的数控机床中内嵌有二次界面子系统，该二次界面子系统包括通信模块、机床参数存取模块以及误差补偿实施模块。与现有技术相比，本专利技术通过其各模块之间的相互配合，实现在一台工控机上对多台数控机床进行误差动态补偿和状态信息监控的效果，批量提高了数控机床的加工精度，具有补偿效率高、补偿精度高、实现成本低等优点。【专利说明】一种数控机床的网络群控式误差动态补偿系统
本专利技术涉及一种数控机床误差补偿技术，尤其是涉及一种数控机床的网络群控式误差动态补偿系统。
技术介绍
随着航空航天、精密仪器等领域的飞速发展，人们对数控机床的精度的要求日益提高，精密和超精密加工技术逐渐成为了现代制造技术的研究重点。误差补偿技术自提出以来，因其能够经济有效地提高机床精度，得到人们的广泛的关注。此外，西门子840D数控系统是西门子公司开发的全数字化高度开放式数控系统，具有高度模块化及规范化的结构，代表着当今数控系统的发展方向，在中高档机床中占据着很高的市场份额。所以，针对西门子840D数控系统的中高档机床误差补偿研究具有重要的科研意义和商业价值。此外，随着大规模制造业的不断发展，人们不仅需要对单台机床进行误差补偿，还需要对生产线上多台机床同时进行误差，以提高整个生产线的加工精度。如果把传统的误差补偿方法简单地运用到生产线上的所有机床上，势必会带来较大的硬件支出，而且也不符合生产资料集中控制的管理需求。经对现有技术的检索发现，该领域里主要有杨建国等人申请了中国专利“基于机床外部坐标系偏置的数控机床误差实时补偿器”(专利申请号:200410093428.1)和“用于高速精密加工的热误差实时补偿系统及其补偿方法”(专利申请号:201110001213.2)。上述专利文献涉及到的数控机床误差补偿控制系统硬件执行平台多采用多单片机的并行处理结构，通过机床I / O扩展模块与机床PLC进行数据交互。这类误差补偿系统不仅硬件成本大，而且与数控机床连接过程繁复，工作量大，易于出错。进一步文献检索发现，张毅等人2012年申请中国专利“基于网络群控的误差实时补偿系统及补偿方法”(专利申请号:201210559632.2)，该专利提出了一种基于网络群数控机床误差补偿方法，通过以太网端口或者PCMCIA以太网卡实现主控中心PC与多台数控机床进行通讯。但是，该方法涉及到的误差补偿系统只能适用于FANUC系统的数控机床，由于西门子840D数控系统与FANUC数控系统差别较大，特别是外部零点偏移位的写入方式差别很大，该方法及系统在西门子840D数控系统中无法实施。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种补偿效率高、实现成本低的数控机床的网络群控式误差动态补偿系统，对生产线上多台配置西门子840D数控系统的机床进行高精度的误差动态补偿功能和良好的在线监测功能。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:—种数控机床的网络群控式误差动态补偿系统，该补偿系统与数控机床，其特征在于，所述的补偿系统包括机床误差测量仪器、温度传感器、温度数据采集卡、第一路由器、工控机和第二路由器，所述的工控机分别与机床误差测量仪器、第一路由器和第二路由器连接，所述的第一路由器通过温度数据采集卡与温度传感器连接，所述的第二路由器与数控机床连接；所述的工控机中内嵌有群控误差补偿与监控子系统，该群控误差补偿与监控子系统包括误差建模模块、状态监控模块和误差补偿模块，所述的数控机床中内嵌有二次界面子系统，该二次界面子系统包括通信模块、机床参数存取模块以及误差补偿实施模块；所述的误差建模模块根据机床误差测量仪器测得的不同关键测点温度下的误差数据建立各数控机床的误差模型，所述的状态监控模块按设定的周期循环接收数控机床的机床参数和关键测点温度数据，并显示到交互界面上，所述的误差补偿模块则根据各数控机床误差模型计算实时动态误差补偿值，并将计算得到的补偿值发送到相应数控机床的二次界面子系统的通信模块。所述群控网络为基于TCP / IP的通信协议，工控机作为客户端，生产线上不同数控机床作为不同的服务端，通过匹配各机床的IP地址和端口建立群控网络，实现数据的双向交互。所述的误差补偿实施模块是利用机床PLC中FB3功能块将误差补偿值写入到各轴对应的机床参数SD43900中，利用SD43900参数自带的运动驱动功能实现动态补偿功能。所述的机床误差测量仪器包括激光干涉仪、球杆仪和激光跟踪仪，对机床的各个进给轴的几何误差和热误差进行测量。所述的温度传感器采用钼热电阻，测量范围0-100°C，灵敏度±0.TC，分布安装在群控网络内各数控机床的关键温度测点上。所述的数控机床采用西门子840D数控机床，是集成西门子SINUMERIK840D数控系统的机床，西门子840D数控系统由数控及驱动单元(NCU)、MMC(Man MachineCommunication)、PLC 模块三部分组成。其中 MMC 模块包括 PCU(PC Unit)和 MCP (MachineControl Panel)两部分，PCU是基于WINDOWS NT或WINDOWS XP系统的，实际上也是一台计算机,CPU为奔腾,可以带硬盘,POJ的软件被称作HMI (Human Machine Interface)软件,所述二次界面子系统就是基于HMI软件根据补偿功能需要进行二次开发。所述的温度数据采集卡是指:研华公司研发的ADAM-6015，具有7路2线或3线热电阻输入通道，支持PtlOO / 1000、Ni&Balco500等温度传感器输入，采样速率最高可达10采样点/秒，有效分辨率可达16位，支持以太网传输协议。所述的误差建模模块根据机床误差测量仪器测得的不同关键温度测点下的误差数据建立各数控机床的误差模型，具体为:首先对生产线上的不同数控机床进行误差测量，得到各个机床关键测点的温度数据以及不同温度下机床各个进给轴的误差数据，然后进行几何误差元素和热误差元素的分离，利用最小二乘法建立各个进给轴的几何误差模型，利用自然指数法得出热误差模型，最后把两部分误差模型复合得到各机床的复合误差模型。所述的机床参数存取模块通过访问NCDDE服务器的方式，实现NCK/PLC变量的存取，包括读取机床系统参数、机床坐标、加工参数、报警信息，以及将补偿值写入到PLC的中间变量寄存器。所述的机床参数包括系统参数、机床坐标、加工参数和报警信息,所述的机床参数存取模块采集各机床的机床参数，并将其发送给工控机，由状态监控模块接收并显示。所述的关键测点温度数据通过温度传感器采集，并依次通过温度数据采集卡、以太网传输到工控机上，由状态监控模块接收并显示。所述的误差补偿模块将状态监控模块监控到的机床坐标以及关键测点温度数据代入到各数控机床复合误差模型中，得到各进给轴的动态误差补偿值，并将动态误差补偿值发送到相应数控机床二次界面子系统的通信模块。所述的通信模块基于TCP / IP通络通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控机床的网络群控式误差动态补偿系统，该补偿系统与数控机床，其特征在于，所述的补偿系统包括机床误差测量仪器、温度传感器、温度数据采集卡、第一路由器、工控机和第二路由器，所述的工控机分别与机床误差测量仪器、第一路由器和第二路由器连接，所述的第一路由器通过温度数据采集卡与温度传感器连接，所述的第二路由器与数控机床连接；所述的工控机中内嵌有群控误差补偿与监控子系统，该群控误差补偿与监控子系统包括误差建模模块、状态监控模块和误差补偿模块，所述的数控机床中内嵌有二次界面子系统，该二次界面子系统包括通信模块、机床参数存取模块以及误差补偿实施模块；所述的误差建模模块根据机床误差测量仪器测得的不同关键测点温度下的误差数据建立各数控机床的误差模型，所述的状态监控模块按设定的周期循环接收数控机床的机床参数和关键测点温度数据，所述的误差补偿模块则根据各数控机床误差模型计算实时动态误差补偿值，并将计算得到的补偿值发送到相应数控机床二次界面子系统的通信模块；所述状态监控模块对群控网络内的不同数控机床的工作状态同时进行在线监控，实现按设定的周期循环接收数控机床的机床参数和关键测点温度数据，并将其显示在交互界面上的功能，起到机床状态监控的效果。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢红星，项四通，杨建国，张景然，王续林，李兴达，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31