Cnc機(jī)床熱增長(zhǎng)特性的制作方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本公開涉及表征CNC機(jī)床熱增長(zhǎng)的方法?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)加工廣泛應(yīng)用于各種制造組件的生產(chǎn)(包括汽車工業(yè))中。CNC加工中心在使用期間會(huì)經(jīng)歷溫度變化，這會(huì)由于機(jī)床內(nèi)各種組件的熱膨脹而導(dǎo)致加工精度降低。溫度變化可由多種因素引起，包括機(jī)床預(yù)熱、機(jī)床組件產(chǎn)生的熱、環(huán)境溫度的變化。熱膨脹可導(dǎo)致工件與刀具之間的相對(duì)位置在實(shí)際位置中與所命令的位置相比偏離高達(dá)70μπι。對(duì)于需要高度控制公差的應(yīng)用，這種因熱膨脹導(dǎo)致的誤差是不可接受的。為解決這個(gè)問題，CNC機(jī)床制造商已經(jīng)實(shí)施若干方法來(lái)應(yīng)對(duì)熱增長(zhǎng)。一種方法是熱補(bǔ)償，其可包括感測(cè)機(jī)床的一個(gè)或更多個(gè)組件的溫度并應(yīng)用預(yù)校準(zhǔn)算法來(lái)調(diào)整工件和/或刀具的命令位置以補(bǔ)償熱膨脹?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0003]在至少一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種方法，該方法包括將具有孔的人工制品安裝到CNC機(jī)床上，并確定在溫度！\時(shí)人工制品的孔相對(duì)于CNC機(jī)床的第一位置和在大于溫度Τ1的溫度1~2時(shí)人工制品的孔相對(duì)于CNC機(jī)床的第二位置。該方法還可包括計(jì)算第二位置相對(duì)于第一位置的偏差，以確定CNC機(jī)床的熱穩(wěn)定性。[0004]該方法可包括操作CNC機(jī)床使得溫度從?\升高到T2oCNC機(jī)床可包括主軸和探針，而確定步驟可包括確定人工制品的孔相對(duì)于主軸和探針的第一位置和第二位置。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括測(cè)量CNC機(jī)床上一個(gè)或更多個(gè)位置處的溫度。CNC機(jī)床熱補(bǔ)償機(jī)制可在確定第二位置之前而被啟用。可在啟用和關(guān)閉CNC機(jī)床熱補(bǔ)償機(jī)制的情況下，執(zhí)行確定第二位置的步驟，并且計(jì)算步驟可包括在啟用和關(guān)閉熱補(bǔ)償機(jī)制的情況下計(jì)算第二位置相對(duì)于第一位置的偏差。[0005]在一個(gè)實(shí)施例中，人工制品包括至少兩個(gè)孔，而確定步驟包括確定在溫度?\時(shí)人工制品的每個(gè)孔相對(duì)于CNC機(jī)床的第一位置以及在溫度1~2時(shí)人工制品的每個(gè)孔相對(duì)于CNC機(jī)床的第二位置，且計(jì)算步驟包括計(jì)算人工制品的每個(gè)孔的第二位置相對(duì)于人工制品的每個(gè)孔的第一位置的偏差。在另一個(gè)實(shí)施例中，確定步驟還包括確定在高于?\的多個(gè)溫度時(shí)人工制品的孔相對(duì)于CNC機(jī)床的位置，且計(jì)算步驟包括計(jì)算在所述多個(gè)溫度時(shí)的人工制品的孔的位置相對(duì)于第一位置的偏差。[0006]在至少一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種方法，該方法包括將具有孔的人工制品安裝到CNC機(jī)床上并執(zhí)行測(cè)試循環(huán)。測(cè)試循環(huán)可包括探測(cè)人工制品的孔來(lái)確定其相對(duì)于CNC機(jī)床的位置并執(zhí)行包括一個(gè)或更多個(gè)CNC加工過(guò)程的干循環(huán)。該方法可進(jìn)一步包括計(jì)算孔位置相對(duì)于孔和CNC機(jī)床之間的參考相對(duì)位置的偏差。[0007]該方法可包括將測(cè)試循環(huán)重復(fù)一次或更多次并在每次測(cè)試循環(huán)時(shí)計(jì)算孔位置相對(duì)于該孔和CNC機(jī)床之間的參考相對(duì)位置的偏差。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)CNC機(jī)床上的至少一個(gè)位置處的溫度，并且將所述至少一個(gè)位置處在第二時(shí)間t2時(shí)的溫度與第一時(shí)間ti時(shí)的溫度進(jìn)行比較。如果t2時(shí)的溫度和ti時(shí)的溫度之間的差值大于預(yù)定值，那么可執(zhí)行附加的測(cè)試循環(huán)。在一個(gè)實(shí)施例中，無(wú)論t2時(shí)的溫度和ti時(shí)的溫度之間的差值是多少，重復(fù)測(cè)試循環(huán)持續(xù)至少最小時(shí)間且最多持續(xù)最大時(shí)間。該方法可包括將偏差與預(yù)定公差進(jìn)行比較。[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，干循環(huán)包括鉆孔或銑削加工。干循環(huán)也可包括一個(gè)或更多個(gè)換刀、快速進(jìn)給、A/B分度和速度/進(jìn)給。預(yù)定值可在0.5至5.0°C之間。CNC機(jī)床可在第一測(cè)試循環(huán)之前處在環(huán)境溫度下。在一個(gè)實(shí)施例中，在溫度控制機(jī)制關(guān)閉和打開的情況下執(zhí)行探測(cè)步驟。[0009]在至少一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可存儲(chǔ)指令用于評(píng)估CNC機(jī)床熱補(bǔ)償機(jī)制的有效性。當(dāng)被計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)，該指令可使計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下功能:從CNC機(jī)床上接收關(guān)于在溫度!\時(shí)人工制品的孔相對(duì)于CNC機(jī)床的第一位置的信息和在大于溫度?\的溫度Τ2時(shí)人工制品的孔相對(duì)于CNC機(jī)床的第二位置的信息；以及計(jì)算第二位置相對(duì)于第一位置的偏差，以確定CNC機(jī)床熱補(bǔ)償機(jī)制的有效性。[0010]根據(jù)本發(fā)明，提供一種方法，該方法包括:將具有孔的人工制品安裝在CNC機(jī)床上；執(zhí)行測(cè)試循環(huán)，包括探測(cè)人工制品的孔以確定其相對(duì)于CNC機(jī)床的位置和執(zhí)行包括一個(gè)或更多個(gè)CNC加工過(guò)程的干循環(huán)；計(jì)算孔位置相對(duì)于在該孔和CNC機(jī)床之間的參考相對(duì)位置的偏差。[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，方法還包括將測(cè)試循環(huán)重復(fù)一次或更多次并計(jì)算每次測(cè)試循環(huán)下的孔位置相對(duì)于孔和CNC機(jī)床之間的參考相對(duì)位置的偏差。[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，方法還包括監(jiān)測(cè)CNC機(jī)床上的至少一個(gè)位置處的溫度，并且將該至少一個(gè)位置處的在第二時(shí)間〖2時(shí)的溫度與在第一時(shí)間t4寸的溫度進(jìn)行比較。[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，如果在第二時(shí)間〖2時(shí)的溫度與在第一時(shí)間t^寸的溫度之間的差值大于預(yù)定值，那么執(zhí)行額外的測(cè)試循環(huán)。[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，無(wú)論t2時(shí)的溫度和ti時(shí)的溫度之間的差值是多少，測(cè)試循環(huán)被重復(fù)持續(xù)至少最小時(shí)間且最多持續(xù)最大時(shí)間。[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，方法還包括將偏差與預(yù)定公差進(jìn)行比較。[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，干循環(huán)包括鉆孔或銑削過(guò)程。[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，干循環(huán)還包括一個(gè)或更多個(gè)換刀、快速進(jìn)給、A/B分度和速度/進(jìn)給。[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，預(yù)定值為從0.5至5.0°C。[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在溫度控制機(jī)制關(guān)閉以及溫度控制機(jī)制打開的情況下執(zhí)行探測(cè)步驟。[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，CNC機(jī)床在第一次測(cè)試循環(huán)之前處于環(huán)境溫度下。[0021]根據(jù)本發(fā)明，提供一種非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)指令用于評(píng)估CNC機(jī)床熱補(bǔ)償機(jī)制的有效性，當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令時(shí)使計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下功能:從CNC機(jī)床接收關(guān)于在溫度！\時(shí)人工制品的孔相對(duì)于CNC機(jī)床的第一位置的信息和在大于溫度Ti的溫度T2時(shí)該人工制品的孔相對(duì)于CNC機(jī)床的第二位置的信息；計(jì)算第二位置相對(duì)于第一位置的偏差，以確定CNC機(jī)床熱補(bǔ)償機(jī)制的有效性。【附圖說(shuō)明】[0022]圖1是根據(jù)實(shí)施例的用于分析CNC機(jī)床熱增長(zhǎng)的人工制品(artifact)的透視圖。[0023]圖2是根據(jù)實(shí)施例的附連到工件臺(tái)(parttable)的人工制品的俯視圖。[0024]圖3是根據(jù)實(shí)施例的附連到工件臺(tái)的人工制品的側(cè)視圖。[0025]圖4是在工件臺(tái)旋轉(zhuǎn)180度的情況下圖3的人工制品的另一個(gè)側(cè)視圖。[0026]圖5是根據(jù)實(shí)施例的用于CNC機(jī)床熱增長(zhǎng)表征的算法。[0027]圖6是根據(jù)實(shí)施例的可用于執(zhí)行圖5中的算法的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖。[0028]圖7是示出了CNC機(jī)床床身和主軸的溫度隨時(shí)間的變化的溫度測(cè)試數(shù)據(jù)的示例。[0029]圖8是在熱補(bǔ)償關(guān)閉和打開的情況下孔在X、Y和Z方向上的線性偏差測(cè)試數(shù)據(jù)的示例。[0030]圖9是在熱補(bǔ)償關(guān)閉和打開的情況下另一個(gè)孔在Χ、Υ和Ζ方向上的線性偏差測(cè)試數(shù)據(jù)的示例。[0031]圖10是在熱補(bǔ)償打開的情況下六個(gè)孔在X方向上的線性偏差測(cè)試數(shù)據(jù)的示例。【具體實(shí)施方式】[0032]根據(jù)需要，在此公開本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施例。然而，將理解的是，所公開的實(shí)施例僅是本發(fā)明的示例，本發(fā)明可采用各種和替代的形式實(shí)施。附圖不一定按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以示出特定組件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為限制，而僅為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種方式使用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。[0033]可以使用CNC機(jī)床執(zhí)行各種加工操作。例如，銑床、車床、鉆床、電火花加工機(jī)床(EDM)、刳刨機(jī)、切割機(jī)(例如，水、等離子、激光等)、磨床、焊接機(jī)、沖壓機(jī)、噴涂機(jī)及其他均可被構(gòu)造為CNC機(jī)床。CNC機(jī)床的操作原理對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是公知的且不作詳細(xì)說(shuō)明。通常情況下，CNC機(jī)床包括沿X軸和Υ軸運(yùn)動(dòng)的工件臺(tái)和在Ζ軸上運(yùn)動(dòng)的刀具主軸。將要被加工的零件附連到工件臺(tái)，并通過(guò)沿X和Υ方向移動(dòng)零件以及沿Ζ方向移動(dòng)刀具而執(zhí)行操作?；蛘撸慵杀３朱o止而刀具可沿Χ、Υ和Ζ方向移動(dòng)。更先進(jìn)的CNC機(jī)床還可包括通過(guò)使用旋轉(zhuǎn)臺(tái)和/或耳軸的組合而圍繞一個(gè)或更多個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。[0034]通常情況下，CNC機(jī)床包括許多組件，例如，主軸、滾珠絲杠、工件臺(tái)、耳軸、機(jī)床立柱、床身、夾具和其他。這些組件可各自具有它們自己的幾何形狀并且可以由不同的材料制成。因此，組件可由于大小和形狀的不同和/或熱膨脹屬性(例如，熱膨脹系數(shù))的差異而各自對(duì)溫度變化的反應(yīng)不同。為試圖補(bǔ)償機(jī)床組件的熱膨脹或熱增長(zhǎng)，CNC機(jī)床供應(yīng)商已經(jīng)創(chuàng)建了算法，該算法使用從機(jī)床上的一個(gè)或更多個(gè)位置收集的溫度數(shù)據(jù)并調(diào)整刀具和/或工件的命令位置，使得刀具與工件的相對(duì)位置是準(zhǔn)確的。熱補(bǔ)償還可包括使用各種溫度控制機(jī)制。例如，CNC機(jī)床可包括空氣或液體冷卻、風(fēng)扇、散熱器或者用于散熱或以其它方式控制溫度的其他裝置。[0035]然而，熱補(bǔ)償在若干種方式下無(wú)法準(zhǔn)確地校正CNC機(jī)床的熱膨脹。一種方式是如果在算法中所執(zhí)行的計(jì)算不準(zhǔn)確的情況。該算法可接收校正輸入(例如，溫度數(shù)據(jù))，但它不會(huì)對(duì)刀具和/或工件的命令位置進(jìn)行校正調(diào)整，從而引起超過(guò)可接受公差的誤差。這樣的不精確可能會(huì)由不正確的計(jì)算、不正確的材料屬性數(shù)據(jù)、不正確的材料選擇或其他錯(cuò)誤源引起。另一種方式是如果輸入到算法中的輸入不正確的情況。例如，溫度數(shù)據(jù)可能不準(zhǔn)確、當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 4