[发明专利]用于数控机床镗轴热伸长变形误差实时在线检测与补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于数控机床镗轴热伸长变形误差实时在线检测与补偿装置，属于精密加工机床技术领域。

背景技术

机床在使用过程中，各运动部件之间由于摩擦会产生大量的热量，同时机床和外界环境也会发生热交换，这样就会引起各部件的热膨胀，在各种约束的作用下，最终导致各运动部件位置和姿态的不精确，从而产生热误差。热误差在机床整个误差中占有相当大的比重，研究表明：在精密加工中热变形引起的加工误差占总加工误差的40~70%，成为影响机床加工精度最主要的因素之一，目前已成为国内外研究的热点。

镗轴组件作为数控机床的关键部件，很大程度上制约着机床精度的提高。由于主轴高速旋转生热的影响，镗轴将会产生较大的热变形，特别是在镗轴进给方向的热伸长误差更为明显，严重影响机床的加工精度、稳定性和应用范围。如在镗轴上安装铣刀铣削较大平面时，由于两次铣削间隔时间较长，镗轴在这段时间内的热伸长较大，目前在现有条件下其热伸长量不可测、也不可控，将会产生较为明显的接刀痕，使得铣削的平面不符合零件的加工工艺要求，导致较高的废品率，成为各主机厂商亟需解决的关键问题之一。

目前，针对镗轴由于受温度场变化而导致的热伸缩变形，还没有有效的预防与解决措施，主要还是采用误差防止的办法，比如通过优化改进机床结构设计或者在支撑镗轴的轴承外圈处增加冷却装置间接使镗轴温度降低，或者通过在正式切削加工前用空行程预热以均衡温度场的方式加以改善。但由于冷却套装置的作用有限，不能彻底解决镗轴的热伸长问题，并且镗轴的热伸长误差大小将随着工作状态和环境温度等条件的改变而变化。因此，在当前高精度数控机床需求日益增大的前提下，需要寻求适当的方法来对机床镗轴的定位误差进行实时在线检测，并将检测值实时反馈给数控系统，以控制镗轴的伺服进给装置进行与热伸长误差相反方向的运动，实现镗轴定位误差的补偿，从而使机床的精度得以提高。

发明内容

为了解决背景技术中所提出的现有技术问题，本发明提供了一种专门用于减少镗轴热伸长变形对机床加工精度影响的实时在线检测与补偿装置，该装置应用后，能够将数控机床由于镗轴的热伸长变形而导致的加工误差大大降低，确保实现机床预定的控制精度。

本发明用于数控机床镗轴热伸长变形误差实时在线检测与补偿控制的装置的技术方案是：由锥套（1）、镗轴（2）、定位盘（6）、检测轴套（8）、检测环（11）、传递螺杆（12）、非接触式位移传感器（13）、传感器安装座（14）、滚珠丝杠螺母座（22）、传感器电缆（34）、数控系统（35）、滚珠丝杠（36）和滚珠丝杠螺母（37）共同构成的装置，其定位盘（6）通过锥套（1）与镗轴（2）前端固连，通过螺纹连接与检测轴套（8）前端固连；与镗轴（2）后端固连的轴（10）在检测轴套（8）后端位置处开一腰形槽，使得与检测轴套（8）后端相固连的检测环（11）在保证与镗轴（2）一起旋转的同时，能够在轴向方向相对于镗轴（2）产生运动。

所述的检测轴套（8）通过传递螺杆（12）与检测环（11）相互连接。传递螺杆（12）与检测轴套（8）通过螺纹固连，传递螺杆（12）与检测环（11）通过圆锥配合面实现连接，可通过传递螺杆（12）来调节检测轴套（8）和检测环（11）的对中情况。

所述的两个非接触式位移传感器（13）对称安装在传感器安装座（14）上，可用于检测检测环（11）相对于滚珠丝杠螺母座（22）的位移，两个位移传感器（13）的读数求平均后可消除不对称误差。

所述检测轴套（8）采用的热膨胀系数极小的合金材料，合金材料是指因瓦合金材料是一种镍钢合金，俗称殷钢，不变钢，其热膨胀系数约为1.2×10^-6/℃。

所述补偿是通过设置数控系统（35）的温度补偿功能中的位置无关温度补偿值机床数据（如Sinumerik 840D系统中的机床设置数据SD43900）来实现的。

所述的将对相应原机床拉刀机构中拉刀杆进行后置，以便让出检测轴套（8）的安装空间。

所述的定位盘（6）和检测轴套（8）采用热膨胀系数极小的合金材料制成。

本发明装置实现了数控机床镗轴热伸长变形误差的实时在线动态检测与补偿控制，能够将数控机床由于镗轴的热伸长变形而导致的加工误差大大降低，具有良好的经济效益和社会效益。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明用于镗轴热伸长变形误差实时在线检测与补偿装置的工作原理框图。