基于LabVIEW的数控机床热误差自动测量系统的设计研究

摘 要：介绍了一套基于 ÜLabVIEW软件平台的数控机床热误差自动测量系统，该系统可以实现机床热误差的集成测量以及热误差在线建模等功能。论述了数控机床温度与热误差的测量系统，分析了常见的热误差建模方法，详细介绍了利用多元线性回归理论模型指导数控机床的热误差建模。

关键词：LabVIEW；数控机床；热误差；在线建模

一、引言

随着科技的发展，技术的进步，™机械加工逐步朝着精密与超精密方向发展，机械零部件对于加工精度的要求越来越高，这就要求加工机床必须达到较高的加工精度。超精。密的现代数控机床已逐步取代传统的功能单

一、加工精度低的旧机床。数控机床已成为加工制造的主流设备，经过多年的发展，数控机床的加工精度已经得到了很大的提升，但是还存在一些误差影❥响其加工精度，比如，在加工过程中，机床产生热量，会造成热变形误差；机床振动产生的振动误差；刀具磨损导致的变形误差等等，经过大量试验证明，数控机床的误差主要来自于加工过程中产生的热变形误差，热变形误差占总加工误差的比例达到50%～80%，因此，必须采取相应措施来减少数控机床加工过程中产生的热误差。目前减少加工热误差的方法主要有误差补偿法和误差防止法。误差补偿法是利用软件技术人为的抵消一部分热变形产生的误差。本文主要介绍利用LabVIEW软件平台对虚空机床热误差进行自动测量，采用误差补偿法避免热变形误差。

二、数控机床温度测量子系统与热误差测量子系统

数控机床温度测量子系统可以测量并记录数控机床的温度，数控机床的温度采集不同于其他的工业生产中温度采集。因为数控机床具有体积大、结构复杂的特点，需要建立多个温度采集点并且要多个传感器协调工作，温度采集点的安放位置要合理，尽可能全面的采集数控机床各个位置的温度值；数控机床的工作车间有很多连接线，错综复杂的电线会产生电磁干扰，所以温度传感器要有较强的抗干扰能力，数据采集卡和传输线等电路部分要有一定的屏蔽能力，保证采集温度值的准确性。

热误差测量子系统主要是对数控机床的热误差量进行测量。机床加工过程中产生热量，从而产生热位移，所以主要是通过对热位移的测量来确定热误差量。该系统的热误差测量子系统的硬件平台是由高精度的数据采集卡与电感传感器组成，具有操作简单、测量可靠性高、运行成本低等特点。热误差测量子系统工作过程中，热位移的变化会转化为电感式传感器自感嫌弃系数的改变，变化的电压与电流通过电流模块转化为热误差数据显示，实现热误差的测量。

在对数控机床进行温度测量并记录温度后，根据热误差量建立热误差模型。热误差模型是根据数控机床各个温度测量点数据和热误差数据建立的，热误差建模是热误差补偿技术的核心，热误差建模的方法有很多，主要有多元线性回归、自回归分布滞后模型和分布滞后模型等。多元线性回归建模法具有精度高、运算快、生成模型简单，所以本文介绍热误差自动测量系统采用的是多元线性回归的建模方法建立的热误差模型。

三、LabVIEW软件在数控机床热误差自动测量系统中的应用

LabVIEW是使用图形符号来编写程序的编程环境，并且也是一款虚拟仪器开发平台。LabVIEW是用计算机的硬件和软件资源开发各种虚拟仪器，虚拟仪器有性能强、开发时间短、集成方便等优点。在数控机床热误差测量系统中，利用LabVIEW编写测量程序，并ฅ且LabVIEW可以调用Visual Basic、Visual C/C++等编程语言生成动态链接库。基于LabVIEW平台，热误差测量子程序可以调用数据采集卡的函数，实现开启设备、读取设备、释放设备等操作，创建完整的热变形误差采集回路。利用LabVIEW软件编写热误差采集程序过程中，首先要把数据采集卡采集到的数据转化成可用的电压值，再由电压值与热误差之间存在的函数把电压值转化成为所需要的误差值。在程序中，将两次转换整合到一个函数中，可以提高数据处理的连续性。之后通过表格、图形的方式显示热误差并保存在特定文件夹下以供建模使用。

在热误差建模子系统中，LabVIEW平台主要有两个作用，一是确定用于建模的温度点，二是建立热误差的多元线性回归模型。本文所介绍热误差自动测量系统共有10个温度检测探头，数控机床工作过程中，一个探头用于测量机床工作环境温度，另外九个温度探头测量数控机床温度敏感点的温度。要建立热误差的多元线性回归模型要借助MATLAB程序，LabVIEW与MATLAB有很好的对接接口，可以利用LabVIEW调用MATLAB中的脚本节点完成建模。在建模前，首先要读取温度测量数据和热误差测量数据，之后选取合适的温度测量点，然后从特定文件夹中取出建模所需要的相关数据送入MATLAB script脚本节点中，得出温度系数，建立热误差模型。

结语

本文主要介绍了数控机床热误差自动测量系统中包含的温度测量子系统、热误差测量子系统以及热误差建模子系统的相关内容，并且详细叙述了LabVIEW软件平台在数控机床热误差测量中的应用。数控机床的热误差测量研究设计数学建模、机械工程、微电子设计等多个领域，是多学科交叉综合研究内容，希望本文可以为以后的数控机床热误差测量研究提供帮助。

参考文献

[2]杨建国.数控机床误差补偿技术现状与展望[J].航空制造技术2012，5：40-45.

[3]祝平蕾.关于数控机床误差补偿问题研究[J].科技传播2013，4（下）：47-54.