基于网络群控的数控机床误差实时补偿系统及补偿方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于网络群控的数控机床误差实时补偿系统及补偿方法，所述补偿系统包括硬件部分和内置于该硬件中的软件部分；所述硬件部分包括：主控中心PC、路由器、内置式以太网端口或PCMCIA以太网卡、温度传感器、温度数据采集卡；所述软件部分包括：温度采集模块、误差建模及计算模块、群控补偿模块和机床状态网络监控模块。本发明专利技术能够实现对生产线上多台数控机床同时进行误差实时补偿和工作状态信息监控，批量提高多台数控机床的运动精度，从而大幅提高了补偿效率和最终的加工精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机床误差补偿装置及方法，具体涉及一种，属于数控机床加工

技术介绍
现代机械制造技术正朝着高效率、高质量、高精度、高集成和高智能方向发展。精密和超精密加工技术已成为现代机械制造中最重要的组成部分和发展方向，随着精密加工技术的广泛应用，对数控机床精度的要求日益提高。机床误差是指在机床运动空间内由制造、安装、运动控制不精确和刀具、床身以及热变形等其它因素综合引起的初始位置误差与运动误差。研究表明机床的几何误差(由机床本身制造、装配缺陷造成的误差)、热误差(由机床温度变化而引起热变形造成的误差)引起的误差约占机床总误差的70%，所以对数控机床的几何误差和热误差进行补偿，是提高机床运动性能和加工精度的重要途径。经对现有的文献资料检索发现，主要有中国专利“基于机床外部坐标系偏置的数控机床误差补偿器”(专利申请号200410093428.1 )、中国专利“数控机床定位误差实时补偿装置”(专利申请号200710045903.1)和王维等在2012年的《机械工程学报》发表的题为《数控机床几何误差与热误差综合建模及其实时补偿》的文章。上述文献提到的机床误差补偿装置基本以单片机作为主要硬件构成，通过机床I/O扩展模块与PMC(Progra_ableMachineController)进行通讯。这类误差补偿方案需要根据不同机床结构和数控系统类型，为每台机床单独配备误差补偿装置，没有充分利用PMC内部存储空间和数据运算能力，硬件成本较大。不仅如此，补偿装置与PMC之间的数据传输模式采用基于I/O模块的并口数据传输模式，硬件连接繁复。随着机械制造工业的不断发展，人们不仅需要对一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补偿，以提高整个生产流水线的加工精度。如果把传统的误差补偿方法简单地“复制”到生产线上所有机床中，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。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种，其具有对生产线上多台数控机床同时进行高精度的误差补偿功能和良好的在线状态监控功能。本专利技术是通过以下技术方案实现的一种基于网络群控的数控机床误差实时补偿系统，其特征在于所述补偿系统包括硬件部分和内置于该硬件中的软件部分；所述硬件部分包括主控中心PC、路由器、内置式以太网端口或PCMCIA以太网卡、温度传感器、温度数据采集卡，其中，主控中心PC与路由器相连接，路由器与各数控机床的内置式以太网端口相连接，主控中心PC通过识别群控网络内各数控机床的IP地址，实现与不同数控机床进行数据交互，温度传感器与温度数据采集卡相连接并实时测量数控机床关键测点的温度数据，温度采集卡通过路由器与主控中心PC进行双向数据交互；所述软件部分包括温度采集模块、误差建模及计算模块、群控补偿模块和机床状态网络监控模块；其中，温度采集模块保存实时采集到的机床关键测点的温度数据；误差建模及计算模块根据机床误差测量数据和关键测点的温度数据建立误差模型，并计算不同温度条件下的误差补偿值；群控补偿模块计算在不同温度条件下群控网络内各数控机床中各进给轴的误差补偿值，生成并不断更新各数控机床的误差补偿值表格，并将之分时、顺序地输送到各机床PMC中，机床状态网络监控模块监控群控网络内各数控机床的工作状态信息。所述的温度采集模块是指补偿系统人机交互软件中的对群控网络内各数控机床关键测点上分布的温度传感器的温度数据进行采集、存储和显示的程序模块。通过温度传感器和温度数据采集卡可以获得机床关键测点的温度数据，温度采集模块将温度数据保存，用于机床的误差建模、误差补偿值的计算和温度曲线的实时显示。所述误差建模及计算模块是指根据群控网络内不同数控机床各异的运动拓扑结构，对测量得到的机床误差数据和关键测点的温度数据进行建模，得到群控网络内各数控机床中各进给轴的误差模型。在误差补偿过程中，该误差建模及计算模块又可把实时测量得到的关键测点的温度数据代入到误差模型中，从而计算出在不同温度条件下的各数控机床中各进给轴的误差补偿值。所述的群控补偿模块是指根据群控网络内各数控机床的误差模型和按一定周期实时采集到的关键测点的温度数据，计算在不同温度条件下的各数控机床中各进给轴的误差补偿值，生成并不断更新各机床的误差补偿值表格，并将其分时、顺序地导入到各机床PMC的D地址存储单元中；群控网络内各数控机床PMC通过窗口功能实时读取各进给轴的坐标位置，并确定该坐标位置所处的具体坐标位置段，以查表的方式从D地址存储单元中调用当前坐标位置对应的误差补偿值，并导入到PMC的R地址存储单元中；各数控机床的EMZPS (ExternalMachine Zero Point Shift,外部机械原点偏移)功能调用R地址存储单元中的误差补偿值，将其作为机械原点的偏移量，最终实现群控网络内多台机床的误差实时补偿。所述的机床状态网络监控模块是指主控中心PC对群控网络内的多台数控机床的工作状态同时进行网络监控的程序模块；所述的数控机床工作状态信息包括机床的系统参数、补偿状态、负载状态和报警信息；主控中心PC调用FOCAS (Fanuc Open CNCAPISpecifications)动态链接函数库中的相关功能函数,通过匹配各机床的IP地址,用以太网的数据传输模式从各数控机床数控系统中获取数控机床工作状态信息，实现对群控网络内的多台数控机床的工作状态同时进行网络监控。本专利技术的另一技术方案为一种上述系统实现的基于网络群控的数控机床误差实时补偿方法，其包括以下步骤第一步、对生产线上待补偿的多台数控机床建立群控网络；第二步、用激光干涉仪以及温度传感器对群控网络内的各数控机床的几何误差和热误差进行测量，根据误差特点和变化规律建立误差模型并保存在主控中心PC中；第三步、在对群控网络内各数控机床实施误差补偿时，将实时测量得到的数控机床各关键测点的温度数据代入到数控机床的误差模型中，计算得到不同温度条件下的误差补偿值，并生成误差补偿值表格；第四步、调用FOCAS动态链接函数库中的相关功能函数，通过以太网数据传输模式，将各数控机床中各进给轴的误差补偿表格分时、顺序传输给群控网络内各数控机床PMC中的D地址存储单元中；第五步、群控网络内各数控机床PMC获取当前数控机床各进给轴的实时坐标位置，并通过查表确定放在D地址存储单元中的与当前坐标位置相对应的误差补偿值，并通过PLC程序将该补偿值送给与该进给轴对应的R地址内，然后EMZPS功能调用R地址内的补偿值作为机械原点的偏移量，最终实现群控补偿功能；第六步、按照设定的周期采集各数控机床关键测点的温度变化情况，重新进行第三步至第五步，不断对当前温度条件下的各数控机床误差进行补偿。所述的第一步具体是指将生产线上待补偿的各数控机床用内置式以太网端口或PCMCIA以太网卡通过路由器和主控中心PC连接，构成完整的控制网络，主控中心PC通过识别不同数控机床的IP地址，测试是否连接正常以便进行双向数据交互。所述的第二步具体是指3.1设数控机床某进给轴的行程范围为L，以p为间隔划分为L/p个坐标位置段，坐标位置段的间隔P根据补偿精度要求和数控机床PMC中D地址存储单元的存储空间大小进行确定；3. 2将某一时刻的温度数据代入到由第二步建立的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于网络群控的数控机床误差实时补偿系统，其特征在于：所述补偿系统包括硬件部分和内置于该硬件中的软件部分；所述硬件部分包括：主控中心PC、路由器、内置式以太网端口或PCMCIA以太网卡、温度传感器、温度数据采集卡，其中，主控中心PC与路由器相连接，路由器与各数控机床的内置式以太网端口相连接，主控中心PC通过识别群控网络内各数控机床的IP地址，实现与不同数控机床进行数据交互，温度传感器与温度数据采集卡相连接并实时测量数控机床关键测点的温度数据，温度采集卡通过路由器与主控中心PC进行双向数据交互；所述软件部分包括：温度采集模块、误差建模及计算模块、群控补偿模块和机床状态网络监控模块；其中，温度采集模块保存实时采集到的机床关键测点的温度数据；误差建模及计算模块根据机床误差测量数据和关键测点的温度数据建立误差模型，并计算不同温度条件下的误差补偿值；群控补偿模块计算在不同温度条件下群控网络内各数控机床中各进给轴的误差补偿值，生成并不断更新各数控机床的误差补偿值表格，并将之分时、顺序地输送到各机床PMC中，机床状态网络监控模块监控群控网络内各数控机床的工作状态信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于网络群控的数控机床误差实时补偿系统，其特征在于所述补偿系统包括硬件部分和内置于该硬件中的软件部分；所述硬件部分包括主控中心PC、路由器、内置式以太网端口或PCMCIA以太网卡、温度传感器、温度数据采集卡，其中，主控中心PC与路由器相连接，路由器与各数控机床的内置式以太网端口相连接，主控中心PC通过识别群控网络内各数控机床的IP地址，实现与不同数控机床进行数据交互，温度传感器与温度数据采集卡相连接并实时测量数控机床关键测点的温度数据，温度采集卡通过路由器与主控中心PC进行双向数据交互；所述软件部分包括温度采集模块、误差建模及计算模块、群控补偿模块和机床状态网络监控模块；其中，温度采集模块保存实时采集到的机床关键测点的温度数据；误差建模及计算模块根据机床误差测量数据和关键测点的温度数据建立误差模型，并计算不同温度条件下的误差补偿值；群控补偿模块计算在不同温度条件下群控网络内各数控机床中各进给轴的误差补偿值，生成并不断更新各数控机床的误差补偿值表格，并将之分时、顺序地输送到各机床PMC中，机床状态网络监控模块监控群控网络内各数控机床的工作状态信息。2.根据权利要求1所述的基于网络群控的数控机床误差实时补偿系统，其特征在于所述的群控补偿模块是指根据群控网络内各数控机床的误差模型和按一定周期实时采集到的关键测点的温度数据，计算在不同温度条件下的各数控机床中各进给轴的误差补偿值，生成并不断更新各机床的误差补偿值表格，并将其分时、顺序地导入到各机床PMC的D地址存储单元中；群控网络内各数控机床PMC通过窗口功能实时读取各进给轴的坐标位置，并确定该坐标位置所处的具体坐标位置段，以查表的方式从D地址存储单元中调用当前坐标位置对应的误差补偿值，并导入到PMC的R地址存储单元中；各数控机床的EMZPS功能调用R地址存储单元中的误差补偿值，将其作为机械原点的偏移量，最终实现群控网络内多台机床的误差实时补偿。3.根据权利要求1所述的基于网络群控的数控机床误差实时补偿系统，其特征在于所述的机床状态网络监控模块是指主控中心PC对群控网络内的多台数控机床的工作状态同时进行网络监控的程序模块；所述的数控机床工作状态信息包括机床的系统参数、补偿状态、负载状态和报警信息；主控中心PC调用FOCAS动态链接函数库中的相关功能函数，通过匹配各机床的IP地址，用以太网的数据传输模式从各数控机床数控系统中获取数控机床工作状态信息，实现对群控网络内的多台数控机床的工作状态同时进行网络监控。4.一种采用权利要求1至3中任一权利要求所述系统实现的基于网络群控的数控机床误差实时补偿方法，其特征在于包括以下步骤第一步、对生产线上待补偿的多台数控机床建立群控网络；第二步、用激光干涉仪以及温度传感器对群控网络内的各数控机床的几何误差和热误差进行测量，根据误差特点和变化规律建立误差模型并保存在主控中心PC中；第三步、在对群控网络内各数控机床实施误差补偿时，将实时测量得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：张毅，项四通，杨建国，代贵松，朱小龙，肖慧孝，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：