0 导言
航天航空业、国防工业和机械制造业的迅速发展,对数控机床的加工精度提出了越来越高的要求。而数控机床的几许差错、热差错及切削力引起的差错是影响机床精度的关键要素,这三项要素所形成的差错约占总差错的80%。差错补偿是进步机床精度经济有用的办法,在机械加工业中遭到高度重视。
差错补偿的进程通常是先选用激光干涉仪、球杆仪、平面光栅等检测仪器丈量数控机床的差错,再进行建模补偿。现在常用的补偿手法有以下几种:栙批改G 代码补偿法,其缺乏是实时性差;栚压电陶瓷制动补偿法,其缺乏是反响慢、刚度低;栛数控体系内部参数调整补偿法,如螺距补偿、齿隙补偿、刀具长度补偿、刀具半径补偿等,其缺乏是仅仅为静态补偿;栜机床外部坐标偏移补偿法,其缺乏是受限于数控体系。
为完成数控机床差错的实时补偿,上海交通大学研制开发了依据外部坐标偏移的差错实时补偿体系,该体系由硬件履行渠道、补偿器软件渠道以及上位机操作、建模和剖析软件组成,可完成机床差错在线实时补偿。该办法的长处是不需求批改数控指令及数控体系的软硬件,仅需在PMC 的原有梯形程序后添加少量程序,对原有体系不发生任何影响。
本文针对现有差错补偿技能的缺乏,为进步数控机床精度,完成依据CNC 底层通讯的实时差错补偿,针对数控机床的几许差错、热差错等要素,研制一种用于数控机床实时差错补偿的功用模块。该模块可完成与CNC 底层数据实时交互,可实时批改数控体系机床坐标以完成机床差错实时补偿,其最大长处是补偿器与CNC 底层直接通讯,补偿的速度和功率高,补偿作用好。
1 依据底层通讯的实时差错补偿
1.1 暋实时差错补偿功用的完成
为完成依据CNC 底层通讯的实时差错补偿功用,参照GSK 25i 体系的功用模块结构特征,研制依据CNC 底层通讯的实时差错补偿功用模块。实时差错补偿功用模块的布局规划成接插板卡的方式,可与GSK 25i 体系母板衔接,并作为数控体系根本装备功用模块供用户挑选。实时差错补偿功用模块可与CNC 底层实时交互数据,数据传输速率达1Mbit/s 以上,能有用补偿数控机床的多项差错,具有很强的使用价值。
图1为实时差错补偿模块结构示意图。依据CNC 底层通讯的实时差错补偿功用模块选用DSP 芯片作为主处理单元,可实时读取各操控轴当时机床坐标和各温度布点上的实时温度值,并依据差错模型进行相关补偿量核算;实时差错补偿功用模块还可在初始化阶段读取比如加工参数、工件资料、是否启用螺距补偿等与补偿履行作用相关的机床加工工艺信息,以完成不同加工条件下的差错补偿。实时差错补偿模块经过温度收集接口与外置温度收集模块衔接以完成机床各温度布点的实时温度收集,温度收集模块安装在机床电器操控柜内的导轨上,便于温度传感器线路衔接和查看。实时差错补偿模块经过数据交互接口的数据处理芯片(FPGA),依照两边一起拟定的通讯协议与CNC 进行各种数据交互。
图1 实时差错补偿模块结构示意图
差错实时补偿模块的外部存储单元选用128MB 以上的Flash 存储器,外部存储单元一方面保存机床的各种差错数学模型,另一方面区分相关区域作为模型数据保存区、监控数据区和批改系数核算区域等。
1.2 实时差错补偿的功用模块
依据CNC 底层通讯的实时差错补偿模块包括温度收集模块、差错补偿模块、数据通讯模块和人机交互模块。
1.2.1 温度收集模块
温度收集模块可选配热电阻型温度收集模块、数字式温度传感器型温度收集模块或无线温度传感器型温度收集模块。温度收集模块的主要功用是实时收集机床各温度布点的实时温度。图2 为温度收集模块结构示意图。
图2温度收集模块的结构示意图
1.2.2 差错补偿模块
差错补偿模块包括主处理器和外部存储器。主处理器选用与现在国内数控体系中心运算单元相匹配的DSP 芯片,选用DSP 编程格局翻译原单片机编制的程序,并依据与CNC 的数据交互形式添加数据监控处理、实时信息保存、批改系数核算、人机界面拜访和参数设置等并行线程功用。外部存储器选用大容量RAM 作为插卡式补偿模块外部存储单元,经过合理区域区分,可完成比如模型数据保存、监控数据和批改系数核算等多种功用;此外,外部存储器还可作为DSP 芯片初始化时的数据拜访单元和出厂默许参数存储单元;别的,经过外部存储单元,可保存很多的实践加工信息和补偿信息,并可经过上位机专用拜访软件读取这些数据,可作为对实时差错补偿运转作用进一步研讨的直接数据资料。
1.2.3 数据通讯模块
GSK25i 数控体系选用GSK-Link 网络通讯协议作为各功用模块间的数据交互规范,依据底层通讯的实时补偿模块相同沿袭GSK-Link网络通讯协议,在补偿模块和CNC 之间界说好需求交互的数据信息和数据传送格局、校验码、数据接口类型等,可完成实时差错补偿模块与CNC之间的高速数据通讯(通讯速率可达2Mbit/s)。选用该数据通讯协议,可完成补偿周期与CNC的插补周期同步作用,可最大极限进步补偿模块的补偿功率和补偿精度。
数据通讯模块的相关传输数据包括:栙补偿功用触发指令;栚补偿模块向CNC 输入补偿值时的数据存储区域地址;栛机床各操控轴实时机床坐标数据存储区域地址;栜机床各操控轴实时运动速度数据存储区域地址;栞机床各操控轴传动比和电子齿轮比数据存储区域地址;栟主轴实践速度输出数据存储区域地址;栠机床运转状况信息输出数据存储区域地址;栢温度传感器实时监控数据存储区域地址;栣各轴实时补偿值数据存储区域地址;栤特别指令(如温度报警指令、丝杠空隙过大指令等)。
1.2.4 人机交互模块
依据CNC 底层通讯的实时差错补偿模块自身不具有人机交互界面,因为完成了与CNC 的实时通讯,因此可在CNC 界面上开发专门的补偿操控界面,完成参数设置、数据监控等多种功用操作。相关补偿界面规划如下:
(1)补偿功用启用和补偿值输入接口地址界面。如图3 所示,经过对补偿功用启用参数EMS设置,决议CNC 是否发动实时差错补偿功用,该项设置可经过CNC 检索体系是否包括实时差错补偿模块而主动进行设置。
图3 补偿功用启用和补偿值输入接口地址界面
