数控机床定位误差动态实时补偿系统技术方案

一种基于嵌入式系统的数控机床定位误差动态实时补偿系统。本发明专利技术包括：误差补偿硬件系统和基于网络化数据交互的补偿软件平台。硬件系统作为补偿软件的载体和执行部件，用于实现各功能模块之间的连接和通讯、数据存储及人机交互。软件系统采用面向对象的编程模式，与CNC间采用以太网进行数据交互，可实现温度信号的采集和预处理，定位误差数学模型的自动建模、定位误差实时计算、智能化模型调整功能、自学习模型训练和优化。通过软硬件系统的协同工作，实现数控机床误差的动态实时补偿。本发明专利技术的定位误差补偿系统操作简单，适用性广，能满足多种类型数控机床的定位误差补偿需求，对于提高数控机床加工精度具有实用化和商业化推广的重要意义。

【技术实现步骤摘要】
数控机床定位误差动态实时补偿系统
本专利技术涉及的是一种数控机床误差补偿
的补偿系统，具体地说，是一种数控机床定位误差动态实时补偿系统。
技术介绍
我国的机床行业经过这些年的不断发展，已经有了很大的飞跃。以整体生产规模来说，我国每年的机床生产量已经达到了机床生产大国的同等水平。但就数控机床的技术等级来说，却只在世界上排在第二梯队中。目前我国生产的数控机床约占国内数控机床市场份额的35%左右，其余需要从国外进口，特别是在高端数控机床市场，绝大部分都只能从国外的机床生产强国进口，国内自己设计和生产的高档数控机床仅占4%左右，因而每年在进口高端数控机床上都花费了大量的外汇。当前，随着现代制造业对零部件加工的精密度要求不断提高，国内对高精度数控机床的需求越来越大，如完全依靠进口，将使得高端数控机床在我国的应用受制于人。因而，提高国产数控机床的加工精度和可靠性指标对我国制造业进一步的发展具有十分重要的意义。定位误差补偿技术作为提高数控机床加工精度的有效方法，在机床行业中得到了广泛的应用。通常数控机床误差补偿的方法包括:一、根据实际加工后测试的误差数据，通过对数控加工程序进行人本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控机床定位误差动态实时补偿系统，其特征在于由数控机床定位误差补偿硬件系统和基于网络化数据交互的补偿软件平台构成；数控机床定位误差补偿硬件系统和基于网络化数据交互的补偿软件平台；硬件系统作为补偿软件的载体和执行部件，用于实现各功能模块之间的连接和通讯、数据存储及人机交互；软件系统采用面向对象的编程模式，并结合了与CNC进行以太网数据交互的驱动功能，可实现温度信号的采集和预处理，定位误差数学模型的自动建模、定位误差实时计算、补偿系统与CNC的以太网数据交互、智能化模型调整功能、自学习模型训练和优化；通过硬件系统和软件系统的协同工作，实现数控机床误差的实时在线补偿；所述的数控机床定位误差补偿硬...

【技术特征摘要】
1.一种数控机床定位误差动态实时补偿系统，其特征在于由数控机床定位误差补偿硬件系统和基于网络化数据交互的补偿软件平台构成；数控机床定位误差补偿硬件系统和基于网络化数据交互的补偿软件平台；硬件系统作为补偿软件的载体和执行部件，用于实现各功能模块之间的连接和通讯、数据存储及人机交互；软件系统采用面向对象的编程模式，并结合了与CNC进行以太网数据交互的驱动功能，可实现温度信号的采集和预处理，定位误差数学模型的自动建模、定位误差实时计算、补偿系统与CNC的以太网数据交互、智能化模型调整功能、自学习模型训练和优化；通过硬件系统和软件系统的协同工作，实现数控机床误差的实时在线补偿； 所述的数控机床定位误差补偿硬件系统主要包括嵌入式计算机、触摸式显示器、温度传感器、温度采集模块和网络通讯卡；嵌入式计算机过视频线和USB线与触摸显示器连接，通过网线与温度采集模块连接，采用以太网总线方式与网络通讯卡连接，构建硬件系统的基础平台；触摸显示器可实现人机交互功能，用户可在触摸式显示器上输入和读出数据；温度传感器置于机床运动轴的螺母、前后轴承以及室温测试位置，并通过铜芯电缆与温度采集模块连接，将热源点的温度转变为电阻阻值变化；温度采集模块则完成对热电阻阻值变化的辨识，通过信号滤波、放大和A/D转换，将采集的热源温度数据转变为二进制的数据格式，并通过网络将数据传送到嵌入式计算机一端；网络通讯卡一端通过以太网与嵌入式计算机实现通讯，另一端用连接到数控系统的网络口，实现与机床数控系统的实时数据交互。2.根据权利要求1所述的温度信号的采集和预处理，其特征是，实时采集机床运动轴的螺母和前后轴承上所布置的温度传感器的温度数据，并对采集的温度数据进行零均值化处理，然后再进行平稳化处理，以消除随机噪声和机床系统噪声引起的测量误差；对温度数据进行相关性分析，判别机床的升温敏感点位置，并通知智能化模型调整功能模块刷新模型的输入温度变量；实时采集的温度数据将自动保持在历史数据库中。3.根据权利要求1所述的定位误差数学模型的自动建模，其特征是，首先，将机床的定位误差按照影响因子法分解为冷态下的几何误差、室温变化引起的定位误差以及螺母运动温度变化引起的定位误差三个部分；其中冷态下的几何误差可通过设定激光干涉仪的材料膨胀补偿温度而直接测试得到；后两种定位误差则可通过分解激光干涉仪测试数据而分别得到；其次，采用误差元素建模技术，根据误差影响因子的类型分别进行独立模型拟合，第一，冷态下的几何误差可采用多项式拟合法来得到拟合的误差计算公式；第二，对于室温变化引起的定位误差，可根据材料的膨胀系数，根据丝杠的不同位置和温度变化大小，得到丝杠的线性膨胀计算公式；第三，对于由螺母运动温度变化引起的定位误差，则需要采用最小二乘拟合法得到4次高阶曲线拟合的误差计算公式；然后，通过智能化模型调整功能模块对于三种误差元素的权重进行调整，即可获得机床运动轴的综合的定位误差数学模型；最后，补偿系统将所获得的初始定位误差补偿模型保存到模型选择库中，以备实时补偿计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚晓栋，
申请(专利权)人：上海睿涛信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：