PLC机床热误差实时补偿系统设计+CAD图纸+梯形图(2)

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3.3.1误差分析 17

3.3.2误差方程生成 18

3.4 小结 21

第四章补偿硬件开发 22

4.1机床结构 22

4.2 硬件连接 23

4.3 控制方法 27

4.4 小结 28

第五章补偿软件开发 29

5.1组成模块 29

5.2软件开发过程 29

5.2.1 PLC程序的开发 29

5.2.2 监测界面开发 32

参考文献 36

致谢 37

附录 38

第一章绪论

1.1研究背景和意义

现代机械制造技术正朝着高效率，高质量，高精度和高智能方向发展，精密和超精密加工技术已成为现在机械制造中最重要的组成部分和组成方向，并成为提高国际竞争能力的关键技术，随着精密加工的广泛应用，对数控机床加工精度的要求日益提高。

机床的不精确性是由以下原因造成：

1) 机床热变形误差；

2) 机床零部件和结构的几何误差；

3) 切削力引起的误差；

4) 刀具磨损误差；

5) 其他误差源（机床轴系的伺服误差，数控插补算法误差等）

工艺系统的各个环节的热变形对加工的影响：

1) 工件的热变形；

2) 机床的热变形；

针对工艺系统的各个环节的热变形所采取的消除对策：

1) 减少热源数及降低热源的发热量：

a）热源外置，如将电机、液压装置及油箱、某些传动装置脱离机床主机而单独安装，他们所发出的热量对机床精度的影响就减少了，甚至消除。

b）切屑过程所产生的加工热，较大部分被切屑带走，为了使这部分热量不致影响工艺系统，应采取措施，加斜置床身，在工作台上加隔板等，讲切屑排除到系统之外.

2) 改善散热条件，控制温升：要完全消除内部热源的发热量是不可能的。迅速将热源的热量散失，控制温升，这是近年来常采用的一种控制热变形的对策，对热源采用强制冷却手段，如风冷、油冷、水冷、冷冻机制冷以及采用热管技术，迅速将大量的热量散开，以减小或消除热源的影响。

3) 热补偿：为了减少热变形对加工精度的影响，在工艺系统中常采用各种热补偿技术：如用自身热源来均衡各部分的温升、用加热器来均衡各部分的温升等；

4) 选择合理的结构设计，减小热变形影响：采用热对称结构、改进结构使热变形发生在不影响加工精度的方向、在精密机床结构上，关键零部件采用膨胀系数小的材料。

5) 控制环境的温度

6) 控制热变形的CAD与CAM

1.2国内外现状及存在的问题

在国外，从事机床热误差补偿技术研究有影响的有美国的密西根大学、美国国家标准和技术所、辛辛那堤大学、日本东京大学、日立精机、大阪工业机床，德国的阿亨大学、柏林工业大学等。具体参照文献[14]。

其中，美国密西根大学开发了基于PC机的加工误差神经网络实时补偿系统，用以弥补工业CNC控制器的误差补偿能力，并在1997年成功地将热误差补偿技术实施于美国通用（GM）公司下属一家离合器制造厂的100多台车削加工中心上，使加工精度提高一倍以上。他们还与美国SMS公司（Saginaw Machine System Inc.）在1996年共同研制和开发了集热误差、几何误差和切削力误差为一体的误差补偿系统，并成功地实施于该公司生产的双主轴数控机床。该大学的S.Yang等运用小脑模型连接控制器（CMAC）神经网络建立了机床热误差模型。美国国家标准和技术所（NIST）是研究机床误差补偿技术的先驱者之一，其成功地把几何热误差的综合补偿技术应用于生产实践。NIST致力于适应性误差修正控制研究，即通过在一定时间段检测工件，然后反馈误差数据来精确调整误差补偿模型。