基于LabVIEW的數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)--下位機(jī)硬件設(shè)計（一）

3.2.2溫度補(bǔ)償技術(shù)研究

溫度傳感器選用PT100鉑電阻溫度傳感器。它適用于測量（-60 ~+400℃）之間的溫度，完全適用于機(jī)床的使用環(huán)境溫度（5 ~ 45℃）。PT100在0℃時電阻為100歐隨著溫度的變化電阻成線性變化，大約是每攝氏度0.4歐。為了把PT100隨溫度變化的電阻轉(zhuǎn)換成電壓，AD轉(zhuǎn)換器模擬量接口提供恒流源輸出，即輸出12.5mA恒電流源供給PT100傳感器，在傳感器回路中產(chǎn)生5Mv/℃線性輸入電壓。AD傳感器把這個電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，程序周期地讀這些數(shù)字量，并將所讀的這些數(shù)，利用下面公式計算出溫度值。

溫度T [℃] =（溫度數(shù)字量- 0℃偏置量）/ 1℃數(shù)字量（3.1）

其中：溫度數(shù)字量=存儲在NC-PLC接口IW xxx中的測量值；

0℃偏置量=在0℃測量出的數(shù)字量，該值為4000；

1℃數(shù)字量=溫度每升高1℃的數(shù)字量，該值為16.

PLC定時采樣溫度值，利用上式計算出溫度數(shù)字量并轉(zhuǎn)換為帶一位小數(shù)點(diǎn)的十進(jìn)制溫度值，然后計算出溫度補(bǔ)償參數(shù)K 0（T）、tanβ（T）周期性送至NCK刷新溫度補(bǔ)償參數(shù)。

（1）溫度補(bǔ)償?shù)睦碛?p>金屬材料具有“熱脹冷縮”的性質(zhì)，該特性在物理學(xué)上通常用熱膨脹系數(shù)（Thermal expansion confficient，αtherm）描述。數(shù)控機(jī)床的床身、立柱、拖板等導(dǎo)軌基礎(chǔ)件和滾珠絲杠等傳動部件一般由金屬材料制成，由于機(jī)床驅(qū)動電機(jī)的發(fā)熱、運(yùn)動部件摩擦發(fā)熱以及環(huán)境溫度等的變化，均會對機(jī)床運(yùn)動軸位置產(chǎn)生附加誤差，這將直接影響機(jī)床的定位精度，從而影響工件的加工精度。對于在普通車間環(huán)境條件下使用的數(shù)控機(jī)床尤其是行程較長的落地式銑鏜床，熱膨脹系數(shù)的影響更不容忽視。以行程為5m的X軸來說，金屬材料的熱膨脹系數(shù)為10ppm（10um/每1m每1℃），理論上溫度每升高1℃，5m行程的X軸就“脹長”50um.日夜溫差和冬夏季節(jié)溫差的影響便可想而知。因此高精度機(jī)床要求在規(guī)定的恒溫條件下制造或使用，普通環(huán)境下使用的數(shù)控機(jī)床為保證較高定位精度和加工精度，須使用“溫度補(bǔ)償”等選件功能消除附加誤差。

（2）系統(tǒng)中溫度補(bǔ)償原理

機(jī)床坐標(biāo)軸的定位誤差隨溫度變化會附加一定偏差，對每一給定溫度可測出相應(yīng)的定位誤差曲線，為了完成溫度補(bǔ)償需要測出不同溫度下的定位誤差曲線。如圖3.6所示為一組實(shí)驗(yàn)曲線，測量條件是：以22度誤差曲線為基準(zhǔn)，在行程500~1500mm范圍內(nèi)不停的運(yùn)動加熱機(jī)床，每隔20分鐘做一次定位誤差測量采樣，采樣間隔100mm，并用點(diǎn)溫計記錄滾珠絲桿的溫度。因此一定溫度T的定位誤差曲線可以表示為如圖3.7所示的直線，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式3.2中，梯度tanβ（T）和軸位置不相關(guān)溫度補(bǔ)償值K 0（T）均是隨溫度變化的函數(shù)。

不同溫度下的定位誤差曲線如圖3.6，以及溫度為T時的定位誤差曲線如圖3.7所示。

系統(tǒng)中溫度補(bǔ)償功能的工作過程：將測量得到的溫度偏差（補(bǔ)償）值送至NC插補(bǔ)單元參與插補(bǔ)運(yùn)算修正軸的運(yùn)動。若溫度補(bǔ)償值ΔKx(T)為正值就控制軸負(fù)向移動，否則正向移動。由于溫度影響的滯后性，PLC程序采取定時間隔采樣溫度（T）的方法，周期性地修改NC中相關(guān)補(bǔ)償參數(shù)，并利用式3.2計算溫度偏差ΔKx(T)，從而補(bǔ)償?shù)魷囟茸兓a(chǎn)生的位置偏差，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。