[发明专利]一种数控机床主轴单元热力耦合误差测量系统

说明书

本发明提出一种数控机床主轴单元热力耦合误差测量系统，属于精密机床加工技术领域，具体包括：数控机床主轴、温度传感器、数控机床主轴壳体、工件夹具、虎钳、三向力传感器、激光位移传感器夹具、延长刀柄、挡光盘、激光位移传感器、信号数据采集系统和PC机。所述温度传感器、三向力传感器、激光位移传感器分别与信号数据采集系统相连接，信号数据采集系统与PC机相连接；本发明解决了数控机床主轴单元热力耦合误差数据测量问题，传感器布置简单，可移植性强，激光位移传感器测量精度较高，可靠性强，为后续能够实现对热力耦合误差模型的建立，实现误差实时补偿，提高数控机床的加工精度奠定了基础。

技术领域

本发明属于精密机床加工技术领域，具体涉及一种数控机床主轴单元热力耦合误差测量系统。

背景技术

对数控机床主轴单元误差的测量是进行误差模型建立和实时补偿的前提与基础。在实际生产加工过程中，数控机床的误差大致可分为几何误差、热变形误差、力变形误差、控制误差、定位误差等，其中，几何误差和控制误差是机床的原始误差，热变形误差和力变形误差为加工过程产生的误差，被称为加工误差。机床主轴的原始误差与加工误差是影响机床生产加工精度的主要因素，而机床主轴单元的热变形误差与力变形误差约占机床总误差的50％以上。综上所述，对负载铣削下的主轴单元热变形误差和力变形误差的测量是十分必要的。

发明内容

针对现有数控机床所存在的上述问题，提供一种旨在解决数控机床主轴单元热力耦合误差实时补偿前期数据信号采集及分析的数控机床主轴单元热力耦合误差测量系统。

一种数控机床主轴单元热力耦合误差测量系统，具体包括：数控机床主轴、温度传感器、数控机床主轴壳体、工件夹具、虎钳、三向力传感器、激光位移传感器夹具、延长刀柄、挡光盘、激光位移传感器、信号数据采集系统和PC机。

所述数控机床主轴位于控机床主轴壳体之内，数控机床主轴壳体外表面放置温度传感器，待加工工件通过螺钉固定在工件夹具之上，工件夹具与三向力传感器相连接，三向力传感器通过虎钳固定，数控机床主轴与激光位移传感器夹具相连接，激光位移传感器通过螺栓固定在激光位移传感器夹具上，激光位移传感器夹具与延长刀柄相连接，延长刀柄穿过挡光盘中心孔；

所述温度传感器、三向力传感器、激光位移传感器分别与信号数据采集系统相连接，信号数据采集系统与PC机相连接；

所述温度传感器，用于检测数控机床主轴单元工作时温度变化信号，并将温度变化信号传递给数据采集系统；

所述温度传感器，为磁吸式温度传感器，吸附在数控机床主轴及数控机床主轴壳体上；

所述温度传感器放置位置，具体为：通过热成像仪呈现的数控机床主轴及数控机床主轴壳体在机床工作时温度场的分布，选取热成像仪显示颜色为红色区域安放温度传感器；

所述三向力传感器，用于实时测量机床负载加工时工件受力情况，并将受力信号传递给数据采集系统；

所述待加工工件通过螺钉固定在工件夹具之上，具体为：在数控机床Y向的正负方向各有10个对待加工工件起到紧固作用的螺钉，起到调节待加工工件位置的作用。

所述激光位移传感器，安装位置为选取数控机床的X向布置位移传感器S₁和S₂，通过对延长刀柄径向误差的测定间接反映数控机床主轴的径向偏移，布置位移传感器S₃，使其激光射线指向Z轴负方向，并通过延长刀柄与挡光盘辅助测量主轴偏移量；并将传感器S₁、S₂和S₃测量的距离数据传递到数据采集系统；

所述激光位移传感器夹具与数控机床主轴间添加橡胶垫片，后用螺栓拧紧固定。