i5OS热误差补偿应用案例

1 热误差简介

金属材料具有热胀冷缩的特性，当机床处于工作状态时，由于电动机发热和机床运动部件产生的摩擦热、切削热以及外部热源等会引起机床的热变形。

在精密加工中，热误差的影响非常严重，占机床总误差的40%~70%，通过热误差补偿功能，在不改变机床结构的前提下，能大大提高机床的加工精度。

2 i5热误差补偿功能介绍

2.1 硬件结构

在不改变机床原有结构的前提下，采用i5自主研发的温度传感器，实现温度采集。

图2-1 温度传感器安装示意图

2.2 软件界面

图2-2所示为热误差补偿界面，实时显示当前时刻的热误差补偿信息，包括时间、测温点的温度、主轴转速、功率以及补偿量等信息。补偿残差1是用户根据补偿效果，采用对刀仪、千分表或视觉定位来获得补偿后的补偿残差，总补偿量是最终控制机床多走或少走的量。

         图2-2 热误差补偿界面

图2-3所示为自动测量界面，可选自动或手动模式，并通过设置参数完成模型数据的测量采集工作。

         图2-3 自动测量界面

2.2 系统功能

         图2-4 i5热误差补偿系统特色功能

系统功能详细特点如下：

• 模型预测精度和鲁棒性较高，能补偿高达80%的热误差，大大提高加工精度；
• 实时热误差补偿、无需热机、停机后恢复过程极短；
• 建立数据打印表格及数据波形界面，方便用户查看热误差伸长量及补偿量，人机友好交互；
• 模型一对一匹配，针对每台机床建立出适合的模型，增加了模型的鲁棒性和预测精度；
• 与 CNC 高度集成，能直接获得与热误差相关的机床运动特征和工况，补偿时交互数据方便且同步；
• 后台运行，模型建立好之后无需任何操作，直接在加工过程中补偿到系统里面；
• 自动测量是针对模型数据自动测量采集，能通过对刀仪自动间断性的采集主轴热伸长量，采集建模数据准确且方便；

3 应用优势

采用i5热误差补偿系统，具有以下优势：

• 减少电能消耗，无需热机时间，省去空跑的电力和人力成本；
• 安装方便、采用自主研发的温度传感器，硬件成本较低；
• 数据处理集成于CNC系统，无需配置额外的数据接收/发送装置，以及数据处理、显示装置；
• 数据稳定、可靠、精度高；
• 使用方便，采集数据并建模完成后，系统即可实现自动补偿。

4 应用案例

4.1 背景介绍

    江门某有限公司某台M1.4机床，由于主轴热伸长最大达到8-9丝，对加工质量影响较大，每次开机加工前需空跑2小时，进行热机，浪费电能，降低有效工时。

图4-1所示为使用对刀仪测量的主轴热伸长变化量。

图4-1 主轴热伸长变化量

为了保证加工质量并增加有效工时，该公司接入i5热误差补偿功能，以便实现开机即加工，提高生产效率。

4.2 应用过程及效果

1、模型数据采集

    通过自动测量功能，设置好参数，运行建模程序，即可自动间断性的采集主轴伸长量，并将数据以文本形式保存，用于后续建模。

图4-2 自动测量数据采集

2、补偿效果

图4-3为热误差补偿后的效果图，观察补偿残差1，可以看出补偿后，伸长量变化基本波动在1.5丝以内，符合加工要求。

图4-3 补偿后效果