[发明专利]一种数控机床床身热变形临界点测量实验装置及确定方法

说明书

本发明公开一种数控机床床身热变形临界点测量实验装置及确定方法，该测量实验装置包括温控箱、机床床身缩微模型、大理石平台、V型块、夹紧件、压板、螺纹孔、螺钉、电感测微仪、殷钢块。所述温控箱用来模拟机床床身实际加工过程中一年四季的温度变化，为实验过程提供温度变化条件，便于稳定测量。所述床身模型是根据相似性原则，利用实际数控机床尺寸加工成的小尺寸模型。所述大理石平台因稳定性好、热膨胀系数小，用来作为夹具和床身模型放置平台，所述V型块、夹紧件、压板、螺纹孔、螺钉、电感测微仪通过安装成组合夹具固定在大理石平台上。所述殷钢块因热膨胀系数小，受热变形影响小，被作为标块来体现机床床身光栅安装线上某点的热变形量。

技术领域

本发明涉及数控机床领域，具体涉及一种数控机床床身热变形临界点测量实验装置及确定方法。

背景技术

机床在加工过程中,由于机床运动部件产生摩擦热、切削热以及外部热源等引起工艺系统变形，这种变形称为热变形。由机床热变形引起的误差称为热变形误差，由于受到磨擦热、切削热、外部环境温度变化、热辐射等热源的影响以及热源分布的不均匀和机床结构的复杂性，导致机床各部分温度将发生不均匀变化，它对精密加工的影响很大，由其导致的工件尺寸误差和形状误差的比例可占到40％～70％，从而降低机床的加工精度。

在形体热变形过程中，形体任何一点位置均会发生相应位移，形体上任意两点间距离将随之变化。但对于空间绝对坐标系，形体热变形时存在其位置相对不发生位移的确定点，即所谓热变形临界点。机床机座是一个具有堆栈结构的三维复杂形体，其热变形在各个方向均不相同，各组成部件在其三维光栅安装线方向上存在热变形临界点。在某一标准量系统定位方向的热变形及临界点是确定标准量系统热变形误差的依据。当该方向热变形临界点确定后，以该点为原点来固定测量标准量的壳体座，消除标准量系统产生附加的零点热漂移误差和示值热误差，精确掌握标准量零位到临界点距离的热误差。

研究不同结构数控机床三维光栅安装线上的热变形误差临界点确定方法，搭建出实验系统进行实验验证，确定机床三维单向热变形误差临界点具体位置，可以用于改进三维光栅的安装方式，并作为在机测量系统误差建模参考零点和误差补偿零点，对于建立高精度的光栅测量系统零位漂移误差、示值误差预测补偿模型和在机测量系统综合误差补偿模型具有极大意义。因此有必要研究这样一套数控机床床身热变形临界点测量实验装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种数控机床床身热变形临界点测量实验装置及确定方法。该实验装置可以通过确定数控机床光栅安装线方向上热变形临界点的具体位置，将其作为三维光栅安装位置改进固定点，并作为在机测量系统误差建模参考零点和误差补偿零点，减小甚至消除由于温度变化引起数控机床热变形对光栅测量系统热变形产生的附加影响。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

一种数控机床床身热变形临界点测量实验装置，包括温控箱、机床床身缩微模型、大理石平台、V型块、夹紧件、压板、螺纹孔、螺钉、电感测微仪、殷钢块。所述温控箱用来模拟机床床身实际加工过程中一年四季的温度变化，为实验过程提供温度变化条件，便于实现稳定测量，所述机床床身缩微模型是根据相似性原则，利用实际数控机床形状尺寸加工成的小尺寸模型，所述大理石平台因其稳定性好、热膨胀系数小，用来作为夹具以及床身模型放置平台，所述V型块、夹紧件、压板、螺纹孔、螺钉、电感测微仪通过安装成组合夹具固定在大理石平台上，所述殷钢块因其热膨胀系数小，受热变形的影响小，将其作为标块来体现机床床身光栅安装线上某点的热变形量。

本发明还提供了一种数控机床床身热变形临界点确定方法，其包括以下步骤：

S1、根据相似性原则绘制出机床床身三维模型，利用有限元分析方法对床身三维模型进行热变形仿真分析，根据仿真分析结果确定出机床床身光栅安装线上热变形临界点的位置X1。