[发明专利]一种数控机床主轴生热量内置式检测系统

说明书

本发明涉及数控机床主轴的附件，特别是一种数控机床主轴生热量内置式检测系统。包括热流采集模块和热流处理模块，所述热流采集模块设置于主轴内热源的外表面，包括热流密度传感器，所述热流密度传感器用于检测主轴内热源的热流密度，所述热流采集模块与热流处理模块相连，将检测到的热流密度数据实时传输至热流处理模块；所述热流处理模块包括生热计量单元，所述生热计量单元根据检测到的热流密度数据，实时计算主轴内热源的生热量，并将计算结果输出。本发明实现主轴内热源运行状态的实时分析，并给出热源故障信息，勿需拆卸主轴来获取相应信息，避免因盲目拆卸主轴造成的精度下降，为主轴内热源冷却的制冷量控制、及主轴热特性分析提供依据。

技术领域

本发明涉及数控机床主轴的附件，特别是一种数控机床主轴生热量内置式检测系统。

背景技术

机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴，通常由主轴、轴承和传动件(齿轮或带轮)等组成。主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的重要因素。电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置等。

随着主轴转速的提高和电主轴在数控机床中的广泛运用，主轴发热成为影响加工精度和效率的关键因素。在高速、高精密加工中，由热变形引起的误差占总误差的60～80％，而且，电主轴发热是影响其寿命的重要因素。因此，解决高速、高效、高精度工作状态下的发热是高速主轴的一项关键技术，对提高加工精度和寿命具有重要意义。

要解决高速主轴的发热问题，内热源生热量是关键参数之一，内热源生热量的确定是进行主轴热特性分析、制冷量控制的关键。目前，主轴内热源的生热量主要通过理论计算获得，但是，由于主轴内热源的生热量与工况、预紧力、热应力、磨损、润滑等诸多因素有关，很难通过模型进行精确预测。此外，还采用表面温度法、温差法检测主轴内热源的生热量，但由于结合面及边界效应的影响，具有迟滞性、不稳定、实时性差的缺点；而且，由于主轴内热源产生的热量通过热传导传递到热源的表面，传感器的实际测量值是热流在热源中再分布的结果，这严重影响测量精度。

发明内容

针对以上不足，本发明提供了一种数控机床主轴生热量内置式检测系统，用于在线实时检测主轴内热源的生热量，并对内热源的运行状态进行判断，当生热量过阈值及时发出报警信号，避免内热源运行过热引起的数控机床加工精度和加工效率的下降。

本发明的技术方案为：

一种数控机床主轴生热量内置式检测系统，包括热流采集模块和热流处理模块，所述热流采集模块设置于主轴内热源的外表面，包括热流密度传感器，所述热流密度传感器用于检测主轴内热源的热流密度，所述热流采集模块与热流处理模块相连，将检测到的热流密度数据实时传输至热流处理模块；所述热流处理模块包括生热计量单元，所述生热计量单元根据检测到的热流密度数据，实时计算主轴内热源的生热量，并将计算结果输出。

所述热流采集模块还包括内置套圈和弧形压板，所述内置套圈内表面紧贴于主轴内热源外表面，内置套圈内表面设有容纳槽，还设有使容纳槽与外部相连通的螺孔，所述热流密度传感器和弧形压板设于容纳槽中，预紧螺钉旋于螺孔中，通过弧形压板将热流密度传感器抵住紧贴于主轴内热源的外表面，

所述内置套圈还设有使容纳槽与外部相连通的套圈引线槽，所述弧形压板中设有与套圈引线槽相连通的压板引线槽，所述热流密度传感器的数据线通过压板引线槽和套圈引线槽引到热流采集模块外部。

所述弧形压板内表面设置有散热格栅。

所述热流处理模块还包括测点优化单元和触摸屏，所述测点优化单元集成多种热源的热流分布模型及测点优化算法，可根据触摸屏输入的主轴内热源类型确定热流分布模型，再根据测点优化算法计算热流密度传感器的安装位置，并将此安装位置显示于触摸屏。