一种数控机床用热误差补偿控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种数控机床用热误差补偿控制装置，包括嵌入式主控单元、热误差补偿计算单元、数据采集处理单元、温度检测单元、位置检测单元和光电隔离单元。该数控机床用热误差补偿控制装置中，温度检测单元和位置检测单元均采用无线传输方式与数据采集处理单元相连接，使得多个温度探测单元、多个位置探测单元与数据采集处理单元之间布线简单、连接方便且占用接口少；补偿热误差通过光电隔离单元后再输入数控装置以完成机床的热误差补偿，避免由于嵌入式主控单元体积较小而机床机械尺寸庞大时，使得加工过程中产生震动、噪音和电磁干扰，从而有效保证热补偿装置控制器运行的安全性与稳定性。

A heat error compensation control device for CNC machine tools

The invention discloses a heat error compensation control device for numerical control machine tool, including an embedded main control unit, a heat error compensation calculation unit, a data acquisition and processing unit, a temperature detection unit, a position detection unit and a photoelectric isolation unit. In the heat error compensation control device for the CNC machine tool, the temperature detection unit and the location detection unit are all connected to the data acquisition and processing unit by the wireless transmission mode, which makes the wiring simple, the connection convenient and the interface less between the multiple temperature detection units, the multiple location detection units and the data acquisition and processing units; The compensatory heat error is reinput through the photoelectric isolation unit to complete the thermal error compensation of the machine tool, avoiding the large size of the embedded main control unit and the large mechanical size of the machine tool, so that the vibration, noise and electromagnetic interference are produced in the process, thus effectively ensuring the safety of the controller operation of the heat compensation device. Stability.

【技术实现步骤摘要】
一种数控机床用热误差补偿控制装置
本专利技术涉及数控机床
，尤其涉及一种数控机床用热误差补偿控制装置。
技术介绍
机床热误差是由于机床内外热源的作用而使机床组成部件发生热变形而导致的，越精密、高速、大型的机床，热误差占总误差的比例越大。热误差不仅使产品的尺寸精度下降，而且因尺寸调整对产品的生产率产生极大的影响。国内外研究表明，热误差是数控机床最大的误差源之一，占总误差的40％-70％。由此可见，有效控制热误差、开发有效的数控机床热误差补偿装置对提高数控机床加工精度有着重要的意义。目前，减小数控加工装置的热误差的方式主要有两种：误差防止法和误差补偿法。误差防止法依赖改进数控加工装置结构设计等改良硬件的方法或者直接实现对温度的控制来减少热误差，这种方法在一定程度上能够降低热源温升、均衡温升和减少数控加工装置热变形，但是会增加结构设计和制造的成本。误差补偿法就是通过分析建模获得数控加工装置的误差估算，然后利用不同的方法适当的补偿，消除或者降低系统的误差，是一种既有效又经济的提高数控加工装置加工精度的手段。目前，热误差补偿的方法已成为国内外现代精密工程的重要研究领域。然而，现有误差补偿技术存在如下问题：(1)由于热误差补偿技术的温度传感器与位置传感器采用并行的方式进行排列，因而，每个温度传感器及位置传感器均必须通过单独的连线与采集控制器连接，导致多个温度传感器、多个位置传感器与采集控制单元相连接后的布线复杂。(2)由于热误差补偿技术的温度传感器采用热电阻或热电偶，输出为弱的电信号，导致热误差补偿装置的抗干扰能力下降，误差补偿模型的鲁棒性和通用性不够好。(3)由于热误差补偿技术采用单一的DSP或ARM芯片完成误差补偿计算与采集控制，芯片功耗大、响应较慢，误差补偿的实时性不好。(4)由于热误差补偿时补偿器获取编码器的反馈脉冲信号，与补偿器计算的空间误差脉冲信号相加减，然后用特殊的电子装置将该补偿信号作为相位信号插入伺服环中。当该插入比较复杂时，容易出现补偿信号与机床本身的反馈信号之间相互干涉，从而影响数控机床工作的稳定性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种数控机床用热误差补偿控制装置，使得热误差补偿控制装置布线灵活，能有效避免加工过程中产生震动、噪音和电磁干扰，保证热补偿装置控制器运行的安全性与稳定性。为实现上述设计，本专利技术采用以下技术方案：一种数控机床用热误差补偿控制装置，包括嵌入式主控单元、热误差补偿计算单元、数据采集处理单元、温度检测单元、位置检测单元和光电隔离单元；所述数据采集处理单元通过无线传输模块采集所述温度检测单元实时测得的数控机床温度敏感处的温度信息和所述位置检测单元实时测得的数控机床关键位置的位置信息；所述嵌入式主控单元通过GPIO接口获取所述数据采集处理单元采集的温度信息和位置信息，并设置所述数据采集处理单元的数据采集方式；所述热误差补偿计算单元通过HPI接口从所述嵌入式主控单元接收所述温度信息和位置信息，根据所述温度信息和位置信息以及预先建立的数学模型计算模型参数，并将所述模型参数返回到所述嵌入式主控单元；所述嵌入式主控单元根据所述模型参数及所述温度信息计算补偿热误差，将所述补偿热误差通过所述光电隔离单元输入数控装置以完成机床的热误差补偿。其中，所述预先建立的数学模型为多元线性回归或神经网络模型。其中，所述温度敏感处包括数控机床主轴前端轴承座、丝杠轴承座、螺母座、主轴箱和床身；所述关键位置包括数控机床主轴的X向、Y向和Z向。其中，所述数据采集方式包括采集通道和采集频率。其中，所述数据采集处理单元采用FPGA芯片，设有无线传输模块。其中，所述嵌入式主控单元采用ARM芯片，设有RJ45通信接口。其中，所述热误差补偿计算单元采用DSP芯片。其中，所述温度检测单元采用光纤光栅温度传感器，设有无线传输模块。其中，所述位置检测单元采用电涡流传感器，设有无线传输模块。其中，所述将所述补偿热误差通过所述光电隔离单元输入数控装置以完成机床的热误差补偿，具体为：将所述补偿热误差通过所述光电隔离单元后由数控装置的GPIO口进入所述数控装置，根据所述补偿热误差通过PLC编程平移所述数控装置的参考原点，并将所述补偿热误差加入伺服环的控制信号中以实现对所述CNC控制装置的误差量的补偿。本专利技术的有益效果为：本专利技术的数控机床用热误差补偿控制装置，包括嵌入式主控单元、热误差补偿计算单元、数据采集处理单元、温度检测单元、位置检测单元和光电隔离单元；所述数据采集处理单元通过无线传输模块采集所述温度检测单元实时测得的数控机床温度敏感处的温度信息和所述位置检测单元实时测得的数控机床关键位置的位置信息；所述嵌入式主控单元通过GPIO接口获取所述数据采集处理单元采集的温度信息和位置信息，并设置所述数据采集处理单元的数据采集方式；所述热误差补偿计算单元通过HPI接口从所述嵌入式主控单元接收所述温度信息和位置信息，根据所述温度信息和位置信息以及预先建立的数学模型计算模型参数，并将所述模型参数返回到所述嵌入式主控单元；所述嵌入式主控单元根据所述模型参数及所述温度信息计算补偿热误差，将所述补偿热误差通过所述光电隔离单元输入数控装置以完成机床的热误差补偿。数控机床用热误差补偿控制装置中，温度检测单元和位置检测单元均采用无线传输方式与数据采集处理单元相连接，使得多个温度探测单元和多个位置探测单元与数据采集处理单元之间布线简单、连接方便且占用接口少；补偿热误差通过光电隔离单元后再输入数控装置以完成机床的热误差补偿，避免由于嵌入式主控单元体积较小而机床机械尺寸庞大时，使得加工过程中产生震动、噪音和电磁干扰，从而有效保证热补偿装置控制器运行的安全性与稳定性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对本专利技术实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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，还可以根据本专利技术实施例的内容和这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术具体实施方式中提供的一种数控机床用热误差补偿控制装置的结构方框图。图2是本专利技术具体实施方式中提供的一种数控机床用热误差补偿控制装置的嵌入式主控单元的结构方框图。图3是本专利技术具体实施方式中提供的一种数控机床用热误差补偿控制装置的数据采集处理单元的结构方框图。图4是本专利技术具体实施方式中提供的一种数控机床用热误差补偿控制装置的热误差补偿计算单元的结构方框图。图5是本专利技术具体实施方式中提供的一种数控机床用热误差补偿控制装置的温度检测单元的结构方框图。图6是本专利技术具体实施方式中提供的一种数控机床用热误差补偿控制装置的位置检测单元的结构方框图。图7是本专利技术具体实施方式中提供的一种数控机床用热误差补偿控制装置的误差补偿原理的结构方框图。具体实施方式为使本专利技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域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，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术的数控机床用热误差补偿控制装置，包括嵌入式主控单元、热误差补偿计算单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数控机床用热误差补偿控制装置，其特征在于，包括嵌入式主控单元、热误差补偿计算单元、数据采集处理单元、温度检测单元、位置检测单元和光电隔离单元；所述数据采集处理单元通过无线传输模块采集所述温度检测单元实时测得的数控机床温度敏感处的温度信息和所述位置检测单元实时测得的数控机床关键位置的位置信息；所述嵌入式主控单元通过GPIO接口获取所述数据采集处理单元采集的温度信息和位置信息，并设置所述数据采集处理单元的数据采集方式；所述热误差补偿计算单元通过HPI接口从所述嵌入式主控单元接收所述温度信息和位置信息，根据所述温度信息和位置信息以及预先建立的数学模型计算模型参数，并将所述模型参数返回到所述嵌入式主控单元；所述嵌入式主控单元根据所述模型参数及所述温度信息计算补偿热误差，将所述补偿热误差通过所述光电隔离单元输入数控装置以完成机床的热误差补偿。

【技术特征摘要】
1.一种数控机床用热误差补偿控制装置，其特征在于，包括嵌入式主控单元、热误差补偿计算单元、数据采集处理单元、温度检测单元、位置检测单元和光电隔离单元；所述数据采集处理单元通过无线传输模块采集所述温度检测单元实时测得的数控机床温度敏感处的温度信息和所述位置检测单元实时测得的数控机床关键位置的位置信息；所述嵌入式主控单元通过GPIO接口获取所述数据采集处理单元采集的温度信息和位置信息，并设置所述数据采集处理单元的数据采集方式；所述热误差补偿计算单元通过HPI接口从所述嵌入式主控单元接收所述温度信息和位置信息，根据所述温度信息和位置信息以及预先建立的数学模型计算模型参数，并将所述模型参数返回到所述嵌入式主控单元；所述嵌入式主控单元根据所述模型参数及所述温度信息计算补偿热误差，将所述补偿热误差通过所述光电隔离单元输入数控装置以完成机床的热误差补偿。2.根据权利要求1所述的一种数控机床用热误差补偿控制装置，其特征在于，所述预先建立的数学模型为多元线性回归或神经网络模型。3.根据权利要求1所述的一种数控机床用热误差补偿控制装置，其特征在于，所述温度敏感处包括数控机床主轴前端轴承座、丝杠轴承座、螺母座、主轴箱和床身；所述关键位置包括数控机床主轴的X向、Y向和Z向。4.根据权利要求1所述的一种数控机床用热误...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂建保，王涛波，曾德江，翟小兵，戴护民，
申请(专利权)人：广东机电职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44