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数控机床热误差的反馈截断式补偿研究

高玉平  
【摘要】: 数控机床在加工过程中,不可避免地受到摩擦热以及环境温度变化的影响,使得加工刀具的实际位置与加工程序指定的位置发生偏离,产生热变形误差,影响机床加工精度。热误差补偿是保证精密机床加工精度的关键技术之一。 基于多元线性回归方法,推导了数控机床温度场的数学模型,为实时温度补偿系统的开发建立了理论基础。 研究了一种数控机床热误差的反馈截断式补偿方法。根据温度传感器采集的温度数据,基于温度场-几何量关系模型,将由温度变化引起的热误差转化成相当的脉冲当量,插入到伺服系统的反馈环路,自动增加或减少位置反馈脉冲,以实现热误差补偿。 设计了实时脉冲补偿电路,时滞小、成本低。研究了以数控机床反馈脉冲最小周期为约束的补偿脉冲宽度确定方法,不仅能够维持反馈脉冲的正交特征,而且可以保证补偿过程在位置反馈脉冲的1/4周期内完成。 采用高集成度的MCU、单总线数字式温度传感器等新型部件,开发了反馈截断式热误差补偿系统。该系统可以直接嵌入原有数控机床的位置反馈脉冲回路中,无需改变CNC的硬件电路和控制软件,即可将原有数控机床升级具有热误差补偿功能,应用前景广阔。 构建了补偿系统实验平台,对数控机床热误差的反馈截断式补偿方法进行了验证。结果表明,补偿效果达到设计要求。


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