机床的温度补偿制造技术

本发明专利技术涉及机床的温度补偿。该机床包括用于将工件定位在上面的基座、用于加工工件的至少一个加工装置、用于使加工装置相对于基座移动的一个或更多个致动器、用于控制致动器的控制单元，该控制单元包括用于存储提供工件在预定义加工温度下的标称尺寸的标称数据的数据存储部，以及被配置为确定工件的一个或更多个实际温度值的至少一个温度传感器，其中至少一个温度传感器被配置为基于所确定的实际温度值生成温度数据并将温度数据提供给控制单元，控制单元被配置为基于标称尺寸和所提供的温度数据计算工件的实际尺寸并控制致动器根据所计算出的实际尺寸对工件进行加工，其中机床包括用于固定工件在基座上的位置和取向的一个或更多个固定装置。个或更多个固定装置。个或更多个固定装置。

【技术实现步骤摘要】
机床的温度补偿


[0001]本专利技术总体上涉及用于加工或制造工件的系统。该系统包括例如体现为诸如CNC机器之类的机床的机器、用于确定工件的温度的一个或更多个温度传感器、以及允许补偿所机加工和测量的物体的温度引起的变形和/或预测同一物体在预定义温度下的尺寸的热补偿功能。

技术介绍

[0002]包括CNC(计算机化数控)机器在内的各种类型的机床可以用于加工和制造各种零件。在生产期间，工件的温度分布可能不均匀，该温度分布也可能与机床及其周围环境的温度分布有很大差异。而且，温度分布随时间变化并且还取决于固定装置的类型。例如，由于不同的存储或运输条件或者机床处或先前加工步骤期间的不同工艺影响，要由机床加工的基本相同的工件可能具有不同的温度分布。此外，这些温度分布通常与工件设计的标称条件不同。在大多数情况下，该设计设想具有例如20℃的“标准温度”的均匀温度分布。
[0003]由于温度影响，与该均匀标准温度的偏差会影响工件的尺寸，包括局部或整体变形(例如，膨胀)。通常，为了消除这种影响，可以将工件回火(temper)到预定义的标准温度。从而在由机床加工或制造期间消除了由于温度影响而引起的局部工件膨胀。然而，这种常规方法的缺点是需要等待很长时间，直到工件中的温度与标准温度相等。该调整时间尤其取决于工件中的初始温度和工件的热惯性——或由于工件不同部分使用不同材料而导致的不同热惯性。由于对工件进行回火(tempering)可能因此在可以进行测量或机加工步骤之前花费很长时间，因此希望减少等待时间并因此减少生产工件的总时间。/>[0004]如果已知工件的温度膨胀状态，则不需要对工件进行回火。然后，在生产期间，对于工件上的各个点，可以在生产过程中考虑并补偿温度膨胀，即，考虑相对于标准温度的温度相关膨胀。
[0005]一些机床采用不同的方法，其中工件被夹紧在机器上，并且温度传感器在规定点处附接到工件，或者利用由机床控制的温度传感器在各个点处进行测量。使用这些传感器值，形成针对特定时间点的平均值。这种方法的主要缺点源于工件的“均匀视图”——尤其是如果工件由不止一种材料组成——这很少与现实相符。而且，忽略了局部热流出(或流入)的影响。因此，这种形式的补偿只能用于低精度应用。希望具有避免这些缺点并且可以用于以高精度生产工件的解决方案。
[0006]EP 546 784A2中公开了用于确定工件温度的热成像温度传感器的示例。
[0007]CN 108 296 877A总体上公开了热膨胀系数在机床上的应用。在机加工期间监测工件的温度，并且通过组合理论值和实际检测到的工件尺寸计算出实际的热膨胀系数。然而，这种方法不包括由于工件的固定而造成的工件中的内部应力或残余应力。
[0008]US 9,739,606 B2公开了一种CMM，其用于检查众多工件，从而通过测量模范件(master piece)的温度来校正温度变化。这种方法的缺点是，为了工作，各个工件的加工需要完全相同，并且所有工件都需要具有完全相同的关于温度分布的特性。

技术实现思路

[0009]因此，本专利技术的一个目的是提供一种改进的机床和一种用于加工具有偏离预定义加工温度的温度的工件的改进方法。
[0010]另一个目的是提供这样一种用于具有不均匀温度分布的工件的机床和方法。
[0011]另一个目的是提供这样一种机床和方法：其允许以高精度确定由于偏离温度而引起的变形。
[0012]另一个目的是提供这样一种机床和方法：其允许以高精度加工工件——特别是基于所确定的变形。
[0013]另一个目的是提供这样一种机床和方法：其允许将工件的热膨胀系数考虑在内。
[0014]这些目的中的至少一个通过根据本专利技术的机床、根据本专利技术的方法和/或本专利技术的其他方面实现。
[0015]本专利技术的第一方面涉及一种用于加工工件的机床，所述工件具有偏离预定义加工温度的温度。所述机床包括：
[0016]‑
基座，所述基座用于将所述工件定位在上面；
[0017]‑
至少一个加工装置，所述加工装置用于加工所述工件；
[0018]‑
一个或更多个致动器，所述制动器用于相对于所述基座移动所述加工装置；
[0019]‑
控制单元，所述控制单元用于控制所述致动器，所述控制单元包括用于存储所述机床的机器参数和所述工件的标称数据的数据存储部，所述标称数据包括提供所述工件在所述预定义加工温度下的标称尺寸的标称尺寸数据；以及
[0020]‑
至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器被配置为确定所述工件的一个或更多个实际温度值，例如，所述工件的至少一部分上的实际温度分布。
[0021]所述机床的所述至少一个温度传感器被配置为基于所确定的实际温度值生成温度数据并且将所述温度数据提供给所述控制单元。所述机床的所述控制单元被配置为基于所述标称尺寸数据和所提供的温度数据计算所述工件的实际尺寸，并且被配置为控制所述致动器根据所计算出的实际尺寸来加工所述工件。
[0022]机床可以体现为CNC机器。加工装置可以体现为工具或者包括用于对工件进行机加工的一个或更多个工具。例如，工具可以包括钻头、铣刀、刀具等。
[0023]所述机床包括一个或更多个固定装置，所述固定装置被配置为固定所述工件在所述基座上的位置和取向，所述机器参数包括关于所述固定装置的信息。所述标称数据包括所述工件的一个或更多个膨胀系数，并且所述控制单元被配置为还基于所述工件的膨胀系数和关于所述固定装置的信息来计算所述工件的实际尺寸。
[0024]根据所述机床的一个实施方式，所述控制单元被配置为确定由于所述工件在所述基座上的所固定的位置和取向引起的所述工件中的变形或内应力。在这种情况下，所述控制单元还可以被配置为还分别基于所确定的变形或内应力来计算所述工件的实际尺寸。
[0025]根据所述机床的一些实施方式，所述控制单元被配置为还基于机器温度数据来计算所述工件的实际尺寸，所述机器温度数据是基于所述机床的一个或更多个部件的一个或更多个确定的实际温度值生成的。所述机床的所述一个或更多个部件例如可以包括所述一个或更多个固定装置或者包括位于所述一个或更多个固定装置处或附近的一个或更多个特定点。在一个实施方式中，所述至少一个温度传感器被配置为确定所述机床的所述一个
或更多个部件的所述一个或更多个实际温度值，以生成所述机器温度数据并且将所述机器温度数据提供给所述控制单元。在另一实施方式中，所述机床包括至少一个附加温度传感器，其中，所述至少一个附加温度传感器被配置为确定所述机床的所述一个或更多个部件的所述一个或更多个实际温度值，以生成所述机器温度数据并且将所述机器温度数据提供给所述控制单元。
[0026]根据所述机床的另一实施方式，关于所述固定装置的信息包括所述固定装置的一个或更多个膨胀系数，并且所述控制单元被配置为还基于所述固定装置的膨胀系数来计算所述工件的实际尺寸。
[0027]根据所述机床的另一实施方式，计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于加工工件(2)的机床，所述工件具有偏离预定义加工温度(51)的温度(52)，所述机床包括：
‑
基座，所述基座用于将所述工件(2)定位在上面；
‑
至少一个加工装置，所述加工装置用于加工所述工件(2)；
‑
一个或更多个致动器，所述一个或更多个制动器用于相对于所述基座移动所述加工装置；
‑
控制单元，所述控制单元用于控制所述致动器，所述控制单元包括用于存储所述机床的机器参数和所述工件(2)的标称数据(26、27)的数据存储部，所述标称数据包括提供所述工件(2)在所述预定义加工温度(51)下的标称尺寸的标称尺寸数据(26)；以及
‑
至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器被配置为确定(120)所述工件(2)的一个或更多个实际温度值(52)，特别是所述工件(2)的至少一部分上的实际温度分布，其中，
‑
所述至少一个温度传感器被配置为基于所确定的实际温度值生成温度数据并且将所述温度数据提供给所述控制单元；
‑
所述控制单元被配置为基于所述标称尺寸数据(26)和所提供的温度数据计算所述工件(2)的实际尺寸；并且
‑
所述控制单元被配置为控制所述致动器根据所计算出的实际尺寸来加工所述工件(2)，其特征在于
‑
所述机床包括一个或更多个固定装置(19)，所述一个或更多个固定装置被配置为固定所述工件(2)在所述基座上的位置和取向；
‑
所述机器参数包括关于所述固定装置(19)的信息；
‑
所述标称数据包括所述工件(2)的一个或更多个膨胀系数；并且
‑
所述控制单元被配置为还基于所述工件(2)的膨胀系数和关于所述固定装置(19)的信息来计算所述工件(2)的实际尺寸。2.根据权利要求1所述的机床，其中，所述控制单元被配置为确定由于所述工件(2)在所述基座上的所固定的位置和取向引起的所述工件(2)中的变形和/或内应力，并且还基于所确定的变形和/或内应力来计算所述工件(2)的实际尺寸。3.根据权利要求1或权利要求2所述的机床，其中，所述控制单元被配置为还基于机器温度数据来计算所述工件(2)的实际尺寸，所述机器温度数据是基于所述机床的一个或更多个部件的一个或更多个确定的实际温度值生成的，其中，
‑
所述至少一个温度传感器被配置为确定(120)所述机床的所述一个或更多个部件的所述一个或更多个实际温度值(52)，以生成所述机器温度数据并且将所述机器温度数据提供给所述控制单元；和/或
‑
所述机床包括至少一个附加温度传感器，其中，所述至少一个附加温度传感器被配置为确定所述机床的所述一个或更多个部件的所述一个或更多个实际温度值，以生成所述机器温度数据并且将所述机器温度数据提供给所述控制单元，特别是其中，所述机床的所述一个或更多个部件包括所述一个或更多个固定装置(19)和/或包括位于所述一个或更多个固定装置(19)处或附近的一个或更多个特定点。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机床，其中，关于所述固定装置(19)的信息包括所述固定装置(19)的一个或更多个膨胀系数，并且所述控制单元被配置为还基于所述固定装置(19)的膨胀系数来计算所述工件(2)的实际尺寸。5.根据前述权利要求中任一项所述的机床，其中，计算所述工件(2)的实际尺寸包括：
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获得(230、330)待由所述加工装置接近和加工的所述工件(2)上的一个或更多个加工点(21)的加工点坐标；
‑
在所述工件(2)的数值仿真模型中，识别(240、340)所述一个或更多个加工点(21)中的各个加工点的一个或更多个相邻节点(29)；
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确定各个相邻节点(29)的基于节点的位移矢量；以及
‑
对所述一个或更多个加工点(21)中的各个加工点应用：
‑
一个相邻节点(29)的基于节点的位移矢量，特别是距所述加工点(21)的距离最短的相邻节点的基于节点的位移矢量，或者
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从多个相邻节点(29)的基于节点的位移矢量计算的插值位移矢量，以生成所述一个或更多个加工点(21)中的各个加工点的温度校正信息，特别是其中，所述温度校正信息包括经温度校正的三维坐标。6.根据权利要求5所述的机床，其中，
‑
控制所述致动器根据所计算出的实际尺寸来加工所述工件(2)包括：校正所述一个或更多个加工点(21)的三维坐标；
‑
确定基于节点的位移矢量包括：使用数值温度仿真来计算针对所述预定义温度(51)与一个或更多个实际温度(52)之间的差异的热膨胀值，特别是使用Nastran分析；和/或
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识别所述一个或更多个加工点(21)中的各个加工点的相邻节点(29)是基于所述工件(2)的多个实际温度值(52)的，特别是基于所述工件(2)的至少一部分上的实际温度分布。7.根据前述权利要求中任一项所述的机床，其中，
‑
控制所述致动器加工所述工件(2)包括：控制所述致动器沿着根据所述标称数据(26、27)的加工路径移动所述加工装置；
‑
所述控制单元被配置为基于所计算出的所述工件(2)的实际尺寸为所述加工装置生成修改后的加工路径；并且
‑
控制所述致动器根据所计算出的实际尺寸来加工所述工件(2)包括：控制所述致动器沿着所述修改后的加工路径移动所述加工装置。8.根据前述权利要求中任一项所述的机床，其中，所述至少一个温度传感器是热成像温度传感器(5、5'、5A、5B)，所述热成像温度传感器被配置为：
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指向所述物体或者指向所述机床的工作容积，并且
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以一个或更多个热图像(25)的形式生成所述温度数据，其中，所述控制单元被配置为基于所述热图像(25)生成所述修改后的加工路径，特别是其中，所述热成像温度传感器：
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能够相对于所述基座移动；和/或
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被配置为连续地确定所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：