Cnc機床熱增長特性的制作方法【
技術領域：
】[0001]本公開涉及表征CNC機床熱增長的方法。【
背景技術：
】[0002]計算機數字控制(CNC)加工廣泛應用于各種制造組件的生產(包括汽車工業)中。CNC加工中心在使用期間會經歷溫度變化，這會由于機床內各種組件的熱膨脹而導致加工精度降低。溫度變化可由多種因素引起，包括機床預熱、機床組件產生的熱、環境溫度的變化。熱膨脹可導致工件與刀具之間的相對位置在實際位置中與所命令的位置相比偏離高達70μπι。對于需要高度控制公差的應用，這種因熱膨脹導致的誤差是不可接受的。為解決這個問題，CNC機床制造商已經實施若干方法來應對熱增長。一種方法是熱補償，其可包括感測機床的一個或更多個組件的溫度并應用預校準算法來調整工件和/或刀具的命令位置以補償熱膨脹。【
發明內容】[0003]在至少一個實施例中，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機床上，并確定在溫度！\時人工制品的孔相對于CNC機床的第一位置和在大于溫度Τ1的溫度1~2時人工制品的孔相對于CNC機床的第二位置。該方法還可包括計算第二位置相對于第一位置的偏差，以確定CNC機床的熱穩定性。[0004]該方法可包括操作CNC機床使得溫度從?\升高到T2oCNC機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于主軸和探針的第一位置和第二位置。在一個實施例中，該方法包括測量CNC機床上一個或更多個位置處的溫度。CNC機床熱補償機制可在確定第二位置之前而被啟用。可在啟用和關閉CNC機床熱補償機制的情況下，執行確定第二位置的步驟，并且計算步驟可包括在啟用和關閉熱補償機制的情況下計算第二位置相對于第一位置的偏差。[0005]在一個實施例中，人工制品包括至少兩個孔，而確定步驟包括確定在溫度?\時人工制品的每個孔相對于CNC機床的第一位置以及在溫度1~2時人工制品的每個孔相對于CNC機床的第二位置，且計算步驟包括計算人工制品的每個孔的第二位置相對于人工制品的每個孔的第一位置的偏差。在另一個實施例中，確定步驟還包括確定在高于?\的多個溫度時人工制品的孔相對于CNC機床的位置，且計算步驟包括計算在所述多個溫度時的人工制品的孔的位置相對于第一位置的偏差。[0006]在至少一個實施例中，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機床上并執行測試循環。測試循環可包括探測人工制品的孔來確定其相對于CNC機床的位置并執行包括一個或更多個CNC加工過程的干循環。該方法可進一步包括計算孔位置相對于孔和CNC機床之間的參考相對位置的偏差。[0007]該方法可包括將測試循環重復一次或更多次并在每次測試循環時計算孔位置相對于該孔和CNC機床之間的參考相對位置的偏差。在一個實施例中，監測CNC機床上的至少一個位置處的溫度，并且將所述至少一個位置處在第二時間t2時的溫度與第一時間ti時的溫度進行比較。如果t2時的溫度和ti時的溫度之間的差值大于預定值，那么可執行附加的測試循環。在一個實施例中，無論t2時的溫度和ti時的溫度之間的差值是多少，重復測試循環持續至少最小時間且最多持續最大時間。該方法可包括將偏差與預定公差進行比較。[0008]在一個實施例中，干循環包括鉆孔或銑削加工。干循環也可包括一個或更多個換刀、快速進給、A/B分度和速度/進給。預定值可在0.5至5.0°C之間。CNC機床可在第一測試循環之前處在環境溫度下。在一個實施例中，在溫度控制機制關閉和打開的情況下執行探測步驟。[0009]在至少一個實施例中，提供了一種非暫時性計算機可讀存儲介質。非暫時性計算機可讀存儲介質可存儲指令用于評估CNC機床熱補償機制的有效性。當被計算機執行時，該指令可使計算機執行以下功能:從CNC機床上接收關于在溫度!\時人工制品的孔相對于CNC機床的第一位置的信息和在大于溫度?\的溫度Τ2時人工制品的孔相對于CNC機床的第二位置的信息；以及計算第二位置相對于第一位置的偏差，以確定CNC機床熱補償機制的有效性。[0010]根據本發明，提供一種方法，該方法包括:將具有孔的人工制品安裝在CNC機床上；執行測試循環，包括探測人工制品的孔以確定其相對于CNC機床的位置和執行包括一個或更多個CNC加工過程的干循環；計算孔位置相對于在該孔和CNC機床之間的參考相對位置的偏差。[0011]根據本發明的一個實施例，方法還包括將測試循環重復一次或更多次并計算每次測試循環下的孔位置相對于孔和CNC機床之間的參考相對位置的偏差。[0012]根據本發明的一個實施例，方法還包括監測CNC機床上的至少一個位置處的溫度，并且將該至少一個位置處的在第二時間〖2時的溫度與在第一時間t4寸的溫度進行比較。[0013]根據本發明的一個實施例，如果在第二時間〖2時的溫度與在第一時間t^寸的溫度之間的差值大于預定值，那么執行額外的測試循環。[0014]根據本發明的一個實施例，無論t2時的溫度和ti時的溫度之間的差值是多少，測試循環被重復持續至少最小時間且最多持續最大時間。[0015]根據本發明的一個實施例，方法還包括將偏差與預定公差進行比較。[0016]根據本發明的一個實施例，干循環包括鉆孔或銑削過程。[0017]根據本發明的一個實施例，干循環還包括一個或更多個換刀、快速進給、A/B分度和速度/進給。[0018]根據本發明的一個實施例，預定值為從0.5至5.0°C。[0019]根據本發明的一個實施例，在溫度控制機制關閉以及溫度控制機制打開的情況下執行探測步驟。[0020]根據本發明的一個實施例，CNC機床在第一次測試循環之前處于環境溫度下。[0021]根據本發明，提供一種非暫時性計算機可讀存儲介質，存儲指令用于評估CNC機床熱補償機制的有效性，當計算機執行指令時使計算機執行以下功能:從CNC機床接收關于在溫度！\時人工制品的孔相對于CNC機床的第一位置的信息和在大于溫度Ti的溫度T2時該人工制品的孔相對于CNC機床的第二位置的信息；計算第二位置相對于第一位置的偏差，以確定CNC機床熱補償機制的有效性。【附圖說明】[0022]圖1是根據實施例的用于分析CNC機床熱增長的人工制品(artifact)的透視圖。[0023]圖2是根據實施例的附連到工件臺(parttable)的人工制品的俯視圖。[0024]圖3是根據實施例的附連到工件臺的人工制品的側視圖。[0025]圖4是在工件臺旋轉180度的情況下圖3的人工制品的另一個側視圖。[0026]圖5是根據實施例的用于CNC機床熱增長表征的算法。[0027]圖6是根據實施例的可用于執行圖5中的算法的計算機系統的簡化示意圖。[0028]圖7是示出了CNC機床床身和主軸的溫度隨時間的變化的溫度測試數據的示例。[0029]圖8是在熱補償關閉和打開的情況下孔在X、Y和Z方向上的線性偏差測試數據的示例。[0030]圖9是在熱補償關閉和打開的情況下另一個孔在Χ、Υ和Ζ方向上的線性偏差測試數據的示例。[0031]圖10是在熱補償打開的情況下六個孔在X方向上的線性偏差測試數據的示例。【具體實施方式】[0032]根據需要，在此公開本發明的詳細實施例。然而，將理解的是，所公開的實施例僅是本發明的示例，本發明可采用各種和替代的形式實施。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節。因此，在此公開的具體結構和功能細節不應被解釋為限制，而僅為教導本領域技術人員以各種方式使用本發明的代表性基礎。[0033]可以使用CNC機床執行各種加工操作。例如，銑床、車床、鉆床、電火花加工機床(EDM)、刳刨機、切割機(例如，水、等離子、激光等)、磨床、焊接機、沖壓機、噴涂機及其他均可被構造為CNC機床。CNC機床的操作原理對于本領域的普通技術人員是公知的且不作詳細說明。通常情況下，CNC機床包括沿X軸和Υ軸運動的工件臺和在Ζ軸上運動的刀具主軸。將要被加工的零件附連到工件臺，并通過沿X和Υ方向移動零件以及沿Ζ方向移動刀具而執行操作。或者，零件可保持靜止而刀具可沿Χ、Υ和Ζ方向移動。更先進的CNC機床還可包括通過使用旋轉臺和/或耳軸的組合而圍繞一個或更多個軸旋轉。[0034]通常情況下，CNC機床包括許多組件，例如，主軸、滾珠絲杠、工件臺、耳軸、機床立柱、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)的差異而各自對溫度變化的反應不同。為試圖補償機床組件的熱膨脹或熱增長，CNC機床供應商已經創建了算法，該算法使用從機床上的一個或更多個位置收集的溫度數據并調整刀具和/或工件的命令位置，使得刀具與工件的相對位置是準確的。熱補償還可包括使用各種溫度控制機制。例如，CNC機床可包括空氣或液體冷卻、風扇、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，熱補償在若干種方式下無法準確地校正CNC機床的熱膨脹。一種方式是如果在算法中所執行的計算不準確的情況。該算法可接收校正輸入(例如，溫度數據)，但它不會對刀具和/或工件的命令位置進行校正調整，從而引起超過可接受公差的誤差。這樣的不精確可能會由不正確的計算、不正確的材料屬性數據、不正確的材料選擇或其他錯誤源引起。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，溫度數據可能不準確、當前第1頁1 2 3 4