基于SIEMENS 840D框架功能的龙门加工中心热误差补偿方法_CNC加工中心

前言：

随着航空技术的发展，现代航空结构件出现整体化、大型化、复杂化、精度要求高的特点，这些特点对加工设备的加工范围及加工精度提出了更高的要求，五轴CNC龙门加工中心较好的满足了上述要求，日趋成为现代航空结构件的主力加工设备，但同时五轴CNC龙门加工中心因为结构尺寸较大，运动行程长等原因，其加工精度容易受到温度变化的影响。大量研究表明，温度变化所产生的热误差已经是大型龙门加工中心最大的误差源，占该类加工中心总误差的40%?70%^[1’²’⁷¹。针对CNC加工中心的热误差，国内外学者开展了大量的研究工作并取得了相应的成果，总体来看，目前对热误差的补偿方法主要有三种：温度控制法，通过控制环境温度来减少加工中心热误差，措施包括增加保温系统、恒温仓等；热稳定设计法，通过采用新材料、新工艺来减少加工中心在温度变化时所产生的热误差；热误差补偿法，通过检测温度与热误差，建立热误差模型通过软件进行实时补偿。针对已投产的加工中心，难以重新进行热稳定设计，而温度控制需要搭建恒温仓等，成本相对较高，尤其对于大型CNC机床，因此通过软件进行补偿的热误差补偿法成为加工中心行业的研究热点^[3-^5]，但该方法在实施过程中，需要在原机床上布置传感器及线缆，开发相应的软件系统，对加工中心的正常生产造成一定的影响。

本文立足于生产环境，在对加工中心正常加工生产影响最小的前提下，提出了一种基于SIEMENS 840DCNC系统框架功能的CNC龙门加工中心工作台热误差检测及补偿方法。

1CNC龙门加工中心工作台热误差分析

某CNC龙门加工中心为横梁固定、工作台移动式龙门铣床，该加工中心工作台尺寸为1〇〇〇〇_X3000mm,其结构如图1所示。

生产过程中某一时间段内通过复查工件原点得出的该加工中心热误差情况如表1所示。

由图1加工中心结构示意图和表1热误差测量结果可见，由于工作台长度达到10米，且工作台在x轴行程为；! 〇米，该加工中心X轴方向热误差为最大热误差，该加工中心_x轴工作台及位置检测反馈的构成如图2所示。通过分析X轴位置检测反馈及工作台构成，可以得出如下结论：复查工件原点方式所表现的X向热误差产生的原因为工作台受温度影响热变形及光栅尺受温度影响所导致的热伸缩量的综合。本文主耍对由于该原因所导致的龙门加工中心的热误差进行补偿。

2工作台热误差检测

为了检测环境温度变化时，工作台本身的热伸缩量，在满足相应检测精度的前提下，并同时考虑实际生产使用中的快捷性、方便性、可靠性，本文通过在工作台两端安装标准环，环境温度变化时，使用加工中心配备的测头系统进行两标准环位置检测，检测值与环境温度变化前的检测值进行比较，得出该加工中心x轴热误差值，标准环位置检测示意图如图3所示。

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结束语：

本补偿方法利用加工中心测头系统进行热误差的检测，根据测量值计算得出工作台的热伸缩量及热偏移量，充分利用SIEMENS 840D系统提供的框架转换变量，实现环境温度变化情况下龙门加工中心工作台热误差的检测与补偿。

伯特利数控是一家集销售、应用及服务于一体的公司。产品包括：CNC加工中心、钻攻中心、龙门加工中心、雕铣机、石墨机、五轴加工中心、立式加工中心、卧式加工中心等。我们机床的生产工厂设在广东省东莞市，目前其生产的加工中心70%出口，其中出口到欧洲占到50%。我们尽心、尽力、尽意的服务！

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基于SIEMENS 840D框架功能的龙门加工中心热误差补偿方法

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