一种数控机床的丝杆温升补偿方法及系统与流程

1.本技术涉及机床加工的技术领域，尤其是涉及一种数控机床的丝杆温升补偿方法及系统 。


背景技术：

2.机床在加工过程中，由于轴向来回运动导致电机温度升高，丝杆会受热膨胀，而在丝杆膨胀后，丝杆每个点的位置会有偏移，使得丝杆实际的位置会有偏差，导致加工出来的尺寸会有偏差，特别是在加工十分精密的工件时，工件不良率上升，对此情况有待进一步改善。


技术实现要素：

3.为了解决现有机床的丝杆受热膨胀导致工件不良率上升的问题，本技术提供一种数控机床的丝杆温升补偿方法及系统，采用如下的技术方案：第一方面，本技术提供一种数控机床的丝杆温升补偿方法，应用在数控机床上，所述数控机床的丝杆末端安装有位移传感器，位移传感器用于检测丝杆伸长量的变化，得到丝杆每段的位置，所述方法包括如下步骤：获取丝杆末端的位移传感器发送的位移信号，计算丝杆的总伸长量；基于总伸长量和预设的分段伸长量占比表，获取每个分段丝杆的分段伸长量，其中，所述丝杆预先被划分成多个分段，所述分段伸长量占比表中记录丝杆伸长时每个分段丝杆的伸长比例；基于各个分段丝杆的分段伸长量对丝杆进行分段补偿。
4.通过采用上述技术方案，本技术预先将丝杆分成多个分段，统计丝杆伸长时每个分段丝杆的伸长比例，记录在分段伸长量占比表中，然后在数控机床的丝杆末端安装位移传感器，以获取丝杆伸长量的变化，得到丝杆每段的位置，基于丝杆的总伸长量和预设的分段伸长量占比表，获取每个分段丝杆的伸长量，然后基于每个分段伸长量对丝杆进行分段补偿，从而在丝杆受热膨胀时对丝杆进行伸长量补偿，且，由于丝杆的每一段的温升不同，伸长量也不同，本技术通过采用分段补偿，无论刀具在丝杆的任何位置进行加工，均能够带来更加精确的补偿效果，提高工件的良品率。
5.可选的，所述分段伸长量占比表的建立过程包括如下步骤：将丝杆划分成多个分段，得到分段丝杆；将激光干涉仪架设在需要补偿的机台轴向上；冷机状态，获取丝杆的原始长度以及每个分段丝杆的原始长度；在机床热机的不同阶段，获取丝杆的实际长度以及每个分段丝杆的实际长度；计算丝杆的总伸长量、每个分段丝杆的分段伸长量和各个分段丝杆的的伸长比例；
统计各个分段丝杆在不同的丝杆总伸长量的情况下的伸长比例，建立分段伸长量占比表。
6.通过采用上述技术方案，本技术通过预先用激光干涉仪获取丝杆在不同的总伸长量的情况下各个分段丝杆的伸长比例并进行统计，从而建立分段伸长量占比表，从而能够在实际应用过程中根据总伸长量直接查表，获取各个分段丝杆的伸长量并进行分段补偿。
7.可选的，所述方法还包括：在不同的总伸长量下，使用刀具加工测量零件，获取测量零件的尺寸变化量，所述尺寸变化量包括测量零件的宽度变化量、长度变化量、内径变化量和外径变化量；建立总伸长量与所述尺寸变化量之间的对应关系。
8.通过采用上述技术方案，本技术预先在不同的总伸长量下，使用刀具加工测量零件，然后获取测量零件的尺寸变化量，所述尺寸变化量包括测量零件的宽度变化量、长度变化量、内径变化量和外径变化量，然后建立了总伸长量和尺寸变化量之间的对应关系。
9.可选的，实际加工中，所述方法还包括：基于当前总伸长量和所述对应关系，获取当前尺寸变化量；获取实际加工误差数据；基于所述当前尺寸变化量和所述实际加工误差数据，确定误差因素，所述误差因素包括丝杆长度变化引起的误差和刀具正常磨损引起的误差；基于所述误差因素和所述实际加工误差数据，针对性补偿刀具的移动距离。
10.通过采用上述技术方案，本技术基于当前总伸长量和对应关系，得到当前总伸长量对应的当前尺寸变化量，然后通过对实际加工时的零件进行误差检测，得到实际加工误差数据，如果实际加工误差数据在当前尺寸变化量的范围内，则判定为丝杆长度变化引起的误差，进行刀具移动补偿；如果实际加工误差数据在当前尺寸变化量的范围外，则判断刀具有磨损，并综合丝杆长度变化和刀具磨损进行刀具移动补偿，从而降低后续加工的零件的误差。
11.可选的，所述方法还包括：获取最大加工误差阈值；在所述实际加工误差数据大于最大加工误差阈值时，判定刀具损坏，并进行刀具损坏报警。
12.通过采用上述技术方案，本技术预设一个最大加工误差阈值，在实际加工误差数据大于最大加工误差阈值时，判定刀具损坏，然后进行针对性异常报警，以及时更换刀具。
13.可选的，所述位移传感器为电涡流传感器。
14.通过采用上述技术方案，位移传感器为电涡流传感器，工作可靠性好、灵敏度高、抗干扰能力强、且不受油水等介质的影响，能够对丝杆伸长量进行长期监测。
15.可选的，在进行划分分段时，使每个所述分段丝杆的分段伸长量最大不超过0.008mm。
16.通过采用上述技术方案，在对丝杆进行分段时，太少的分段会导致补偿不精确，因此在进行划分分段时通过设置一个分段伸长量的最大值，使每个分段丝杆的分段伸长量最大不超过0.008mm，从而提高分段补偿的精确性。
17.第二方面，本技术提供一种数控机床的丝杆温升补偿系统，应用在数控机床上，所
述数控机床的丝杆末端安装有位移传感器，所述位移传感器用于检测丝杆伸长量的变化，得到丝杆每段的位置，所述系统包括：位移信号获取模块，用于获取丝杆末端的位移传感器发送的位移信号；总伸长量计算模块，用于计算丝杆的总伸长量；分段伸长量获取模块，用于基于总伸长量和预设的分段伸长量占比表，获取每个分段丝杆的分段伸长量，其中，所述丝杆预先被划分成多个分段，所述分段伸长量占比表中记录丝杆伸长时每个分段丝杆的伸长比例；分段补偿模块，用于基于各个分段丝杆的分段伸长量对丝杆进行分段补偿。
18.第三方面，本技术提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述数控机床的丝杆温升补偿方法的步骤。
19.第四方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述数控机床的丝杆温升补偿方法的步骤。
20.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.本技术通过预设分段伸长量占比表，在分段伸长量占比表中记录各个分段伸长量占总伸长量的比例，然后在丝杆末端安装位移传感器，在实际工作时，通过位移传感器测量丝杆的总伸长量，然后根据分段伸长量占比表得到各个分段的分段伸长量，基于每个分段伸长量对丝杆进行分段补偿，从而在丝杆受热膨胀时对丝杆进行伸长量补偿，提高工件的良品率；2.本技术基于当前总伸长量和对应关系，得到当前总伸长量对应的当前尺寸变化量，然后通过对实际加工时的零件进行误差检测，得到实际加工误差数据，如果实际加工误差数据在当前尺寸变化量的范围内，则判定为丝杆长度变化引起的误差，进行刀具移动补偿；如果实际加工误差数据在当前尺寸变化量的范围外，则判断刀具有磨损，并综合丝杆长度变化和刀具磨损进行刀具移动补偿，从而降低后续加工的零件的误差。
附图说明
21.图1是本技术实施例一种数控机床的丝杆温升补偿方法的一个示例性流程图；图2是本技术实施例中建立分段伸长量占比表的示例性流程图；图3是本技术实施例分段丝杆实际运行尺寸的示例图；图4是本技术实施例一种数控机床的丝杆温升补偿方法的另一个示例性流程图；图5是本技术实施例一种数控机床的丝杆温升补偿方法的又一个示例性流程图;图6是本技术实施例一种数控机床的丝杆温升补偿系统的模块示意图；图7是本技术实施例一种计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
22.本技术以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本技术的限制。如在本技术的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括复数表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，本技术中使用的术语“和/或”是指包含一个或多个所
列出项目的任何或所有可能组合。
23.以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为暗示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
24.本技术实施例公开一种数控机床的丝杆温升补偿方法。参照图1，图1是本技术实施例一种数控机床的丝杆温升补偿方法的一个示例性流程图。
25.一种数控机床的丝杆温升补偿方法，应用在数控机床上，数控机床的丝杆末端安装有位移传感器，方法包括如下步骤：s110、获取丝杆末端的位移传感器发送的位移信号。
26.其中，位移传感器用于检测丝杆伸长量的变化，并发送位移信号到数控机床的主控制器。具体的，位移传感器为电涡流传感器，不受油水等介质影响，能够对丝杆的位移进行长期监测。
27.s120、计算丝杆的总伸长量。
28.位移传感器安装在丝杆末端，能够检测丝杆末端的位移距离，主控制器在接收到位移传感器发送的位移信号后，根据丝杆设定的位移距离，以及位移信号反馈的位移距离，计算出丝杆的总伸长量。
29.s130、基于总伸长量和预设的分段伸长量占比表，获取每个分段丝杆的分段伸长量。
30.其中，本技术预先将丝杆划分成多个分段，得到多个分段丝杆，然后记录丝杆伸长时每个分段的伸长比例，得到分段伸长量占比表。
31.s140、基于各个分段丝杆的分段伸长量对丝杆进行分段补偿。
32.参照图2，为本技术实施例中建立分段伸长量占比表的示例性流程图。
33.具体的，分段伸长量占比表的建立过程包括如下步骤：s210、将丝杆划分成多个分段，得到分段丝杆。
34.其中，每个分段丝杆的划分可以是均匀划分，也可以不均匀划分。在进行划分分段时，设置一个分段伸长量的最大值，可以使每个分段丝杆的伸长量在合适的范围，从而提高分段补偿的精确性，本技术中，每个分段丝杆的分段伸长量最大不超过0.008mm。
35.具体的，在本技术中，将360mm总长的丝杆行程分为20段，每段的初始长度为18mm。
36.s220、将激光干涉仪架设在需要补偿的机台轴向上。
37.其中，激光干涉仪能够测量出很小的位移变化，将激光干涉仪架设在需要补偿的机台轴向上，并设置激光打点的数量和路程，则可以通过干涉获取机台丝杆的实际位置。
38.s230、冷机状态，获取丝杆的原始长度以及每个分段丝杆的实际长度。
39.s240、在机床热机的不同阶段，获取丝杆的实际长度以及每个分段丝杆的伸长比例。
40.参照图3，为本技术实施例分段丝杆实际运行尺寸的示例图。
41.在本技术具体的实施例中，在机床热机的不同阶段，用激光干涉仪测出的20个分段丝杆的实际运行尺寸如图3所示，可见，各个分段丝杆之间均存在不同程度的伸长，且伸长比例各不相同，因此，若不进行补偿，或是进行平均补偿，均会导致工件不良率上升。
42.s250、统计各个分段丝杆在不同的丝杆总伸长量的情况下的伸长比例，建立分段伸长量占比表。
43.在机床工作的不同阶段，温度不同的情况下，丝杆的膨胀率不同，丝杆总伸长量也不同，分段丝杆的伸长比例也不相同，通过预先统计各个分段丝杆在不同的丝杆总伸长量的情况下的伸长比例，建立分段伸长量占比表，从而在实际工作中通过总伸长量直接进行分段补偿。
44.上述实施例中，本技术通过预设分段伸长量占比表，在分段伸长量占比表中记录各个分段伸长量占总伸长量的比例，然后在丝杆末端安装位移传感器，在实际工作时，通过位移传感器测量丝杆的总伸长量，然后根据分段伸长量占比表得到各个分段的分段伸长量，基于每个分段伸长量对丝杆进行分段补偿，从而在丝杆受热膨胀时对丝杆进行伸长量补偿，提高工件的良品率。由于在丝杆工作过程中，刀具磨损也会引起不良率的提高，因此，在一些实施例中，通过加工测量零件，提前获取各个总伸长量下测量零件的尺寸变化，进行进一步补偿。
45.参照图4，为本技术实施例一种数控机床的丝杆温升补偿方法的另一个示例性流程图。
46.数控机床的丝杆温升补偿方法还包括，在实际加工前，执行如下步骤：s410、在不同的总伸长量下，使用刀具加工测量零件，获取测量零件的尺寸变化量。
47.其中，所述刀具为满足标准的、未经过磨损的刀具。
48.s420、建立总伸长量与尺寸变化量之间的对应关系。
49.其中，尺寸变化量包括测量零件的宽度变化量、长度变化量、内径变化量和外径变化量。具体的，系统预先获取在不同总伸长量下多个工件的尺寸数据集合，并且尺寸数据包括工件的宽度数据、长度数据、内径数据以及外径数据等多个维度的数据，然后建立总伸长量与尺寸变化量之间的对应关系。具体的，测量零件的尺寸变化量通过雷尼绍探针等装置进行测量。
50.参照图5，为本技术实施例一种数控机床的丝杆温升补偿方法的又一个示例性流程图在实际加工过程中，执行如下步骤：s150、基于当前总伸长量和对应关系，获取当前尺寸变化量。
51.其中，在实际加工时系统通过位移传感器得到一个丝杆的总伸长量，再根据总伸长量和总伸长量与尺寸变化量之间的对应关系，得到当前总伸长量下对应的尺寸变化量，将该尺寸变化量作为当前尺寸变化量。
52.s160、获取实际加工误差数据。
53.其中，实际加工零件与测量零件为同一规格的零件，实际加工误差数据通过获取实际加工零件的宽度变化量、长度变化量、内径变化量和外径变化量，并与测量零件的尺寸变化量对比得到。
54.s170、基于当前尺寸变化量和实际加工误差数据，确定误差因素，误差因素包括丝杆长度变化引起的误差和刀具正常磨损引起的误差。
55.s180、基于误差因素和实际加工误差数据，针对性补偿刀具的移动距离。
56.其中，由于温度变化时，丝杆会产生长度变化，并且刀具在长时间使用后还会有磨损，因此通过加工测量零件预先获取各个总伸长量下由于丝杆长度变化引起的误差，得到各个总伸长量下尺寸变化量；当实际加工时，先获取当前总伸长量下的当前尺寸变化量，根据当前尺寸变化量加上一个阈值确定一个当前尺寸变化量范围。
57.当误差数据在当前尺寸变化量范围内时，判定为丝杆长度变化引起的误差，进行刀具移动补偿；如果实际加工误差数据在当前尺寸变化量的范围外，则判断刀具有磨损，并综合丝杆长度变化和刀具磨损进行刀具移动补偿，从而降低后续加工的零件的误差。
58.在一些实施例中，方法还包括：s190、获取最大加工误差阈值。
59.s200、在实际加工误差数据大于最大加工误差阈值时，判定刀具损坏，并进行刀具损坏报警。
60.其中，通过预设一个最大加工误差阈值，在实际加工误差数据大于最大加工误差阈值时，判定刀具损坏，然后进行针对性异常报警，以及时更换刀具。
61.第二方面，本技术提供了一种数控机床的丝杆温升补偿系统，下面结合上述数控机床的丝杆温升补偿方法，对本技术的数控机床的丝杆温升补偿系统进行描述。请参阅图6，图6是本技术实施例一种数控机床的丝杆温升补偿系统的模块示意图。
62.一种数控机床的丝杆温升补偿系统，应用在数控机床上，数控机床的丝杆末端安装有位移传感器，位移传感器用于检测丝杆伸长量的变化，得到丝杆每段的位置，系统包括：位移信号获取模块110，用于获取丝杆末端的位移传感器发送的位移信号；总伸长量计算模块120，用于计算丝杆的总伸长量；分段伸长量获取模块130，用于基于总伸长量和预设的分段伸长量占比表，获取每个分段丝杆的分段伸长量，其中，所述丝杆预先被划分成多个分段，所述分段伸长量占比表中记录丝杆伸长时每个分段丝杆的伸长比例；分段补偿模块140，用于基于各个分段丝杆的分段伸长量对丝杆进行分段补偿。
63.在一个实施例中，本技术提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种数控机床的丝杆温升补偿方法方法。
64.本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
65.在一个实施例中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
66.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的计算机程序可存储于一非易失性计算机
可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（read-only memory，rom）、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（random access memory，ram）或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（static random access memory，sram）或动态随机存取存储器（dynamic random access memory，dram）等。
67.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种数控机床的丝杆温升补偿方法，其特征在于，应用在数控机床上，所述数控机床的丝杆末端安装有位移传感器，所述位移传感器用于检测丝杆伸长量的变化，得到丝杆每段的位置，所述方法包括如下步骤：获取丝杆末端的位移传感器发送的位移信号；计算丝杆的总伸长量；基于总伸长量和预设的分段伸长量占比表，获取每个分段丝杆的分段伸长量，其中，所述丝杆预先被划分成多个分段，所述分段伸长量占比表中记录丝杆伸长时每个分段丝杆的伸长比例；基于各个分段丝杆的分段伸长量对丝杆进行分段补偿。2.根据权利要求1所述的数控机床的丝杆温升补偿方法，其特征在于，所述分段伸长量占比表的建立过程包括如下步骤：将丝杆划分成多个分段，得到分段丝杆；将激光干涉仪架设在需要补偿的机台轴向上；冷机状态，获取丝杆的原始长度以及每个分段丝杆的原始长度；在机床热机的不同阶段，获取丝杆的实际长度以及每个分段丝杆的实际长度；计算丝杆的总伸长量、每个分段丝杆的分段伸长量和各个分段丝杆的伸长比例；统计各个分段丝杆在不同的丝杆总伸长量的情况下的伸长比例，建立分段伸长量占比表。3.根据权利要求1所述的数控机床的丝杆温升补偿方法，其特征在于，所述方法还包括：在不同的总伸长量下，使用刀具加工测量零件，获取测量零件的尺寸变化量，所述尺寸变化量包括测量零件的宽度变化量、长度变化量、内径变化量和外径变化量；建立总伸长量与所述尺寸变化量之间的对应关系。4.根据权利要求3所述的数控机床的丝杆温升补偿方法，其特征在于，实际加工中，所述方法还包括：基于当前总伸长量和所述对应关系，获取当前尺寸变化量；获取实际加工误差数据；基于所述当前尺寸变化量和所述实际加工误差数据，确定误差因素，所述误差因素包括丝杆长度变化引起的误差和刀具正常磨损引起的误差；基于所述误差因素和所述实际加工误差数据，针对性补偿刀具的移动距离。5.根据权利要求4所述的数控机床的丝杆温升补偿方法，其特征在于，所述方法还包括：获取最大加工误差阈值；在所述实际加工误差数据大于最大加工误差阈值时，判定刀具损坏，并进行刀具损坏报警。6.根据权利要求1所述的数控机床的丝杆温升补偿方法，其特征在于：所述位移传感器为电涡流传感器。7.根据权利要求1所述的数控机床的丝杆温升补偿方法，其特征在于：在进行划分分段时，使每个所述分段丝杆的分段伸长量最大不超过0.008mm。
8.一种数控机床的丝杆温升补偿系统，其特征在于，应用在数控机床上，所述数控机床的丝杆末端安装有位移传感器，所述位移传感器用于检测丝杆伸长量的变化，得到丝杆每段的位置，所述系统包括：位移信号获取模块，用于获取丝杆末端的位移传感器发送的位移信号；总伸长量计算模块，用于计算丝杆的总伸长量；分段伸长量获取模块，用于基于总伸长量和预设的分段伸长量占比表，获取每个分段丝杆的分段伸长量，其中，所述丝杆预先被划分成多个分段，所述分段伸长量占比表中记录丝杆伸长时每个分段丝杆的伸长比例；分段补偿模块，用于基于各个分段丝杆的分段伸长量对丝杆进行分段补偿。9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7中任一项所述的数控机床的丝杆温升补偿方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的数控机床的丝杆温升补偿方法的步骤。

技术总结
本申请涉及机床加工的技术领域，尤其涉及一种数控机床的丝杆温升补偿方法及系统。本申请通过预设分段伸长量占比表，在分段伸长量占比表中记录各个分段伸长量占总伸长量的比例，然后在丝杆末端安装位移传感器，在实际工作时，通过位移传感器测量丝杆的总伸长量，然后根据分段伸长量占比表得到各个分段的分段伸长量，基于每个分段伸长量对丝杆进行分段补偿，从而在丝杆受热膨胀时对丝杆进行伸长量补偿；另外本申请预先建立总伸长量和尺寸变化量的对应关系，在实际加工中获取当前总伸长量，得到当前总伸长量对应的当前尺寸变化量，根据当前尺寸变化量分析误差因素，根据误差因素进一步进行补偿，提高工件的良品率。提高工件的良品率。提高工件的良品率。


技术研发人员：曹平志 伍双城 伊广智
受保护的技术使用者：深圳市今日标准精密机器有限公司
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/8/14