[發明專利]用于數控機床鏜軸熱伸長變形誤差實時在線檢測與補償裝置

在審

• 申請號: 201410464103.3
• 申請日: 2014-09-14
• 公開（公告）號: CN104227503A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 崔崗衛;王自強;袁勝萬;寸花英;張曉毅;嚴江云;孫薇;王全寶;彭梁鋒;肖寧;李朝萬;張明旭;余正斌;王用;李江艷;鞏朋;陶駿;陳忠良;字立敏
• 申請（專利權）人: 沈機集團昆明機床股份有限公司
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00;B23Q23/00
• 代理公司: 昆明今威專利商標代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

技術領域

本發明涉及一種用于數控機床鏜軸熱伸長變形誤差實時在線檢測與補償裝置，屬于精密加工機床技術領域。

背景技術

機床在使用過程中，各運動部件之間由于摩擦會產生大量的熱量，同時機床和外界環境也會發生熱交換，這樣就會引起各部件的熱膨脹，在各種約束的作用下，最終導致各運動部件位置和姿態的不精確，從而產生熱誤差。熱誤差在機床整個誤差中占有相當大的比重，研究表明：在精密加工中熱變形引起的加工誤差占總加工誤差的40~70%，成為影響機床加工精度最主要的因素之一，目前已成為國內外研究的熱點。

鏜軸組件作為數控機床的關鍵部件，很大程度上制約著機床精度的提高。由于主軸高速旋轉生熱的影響，鏜軸將會產生較大的熱變形，特別是在鏜軸進給方向的熱伸長誤差更為明顯，嚴重影響機床的加工精度、穩定性和應用范圍。如在鏜軸上安裝銑刀銑削較大平面時，由于兩次銑削間隔時間較長，鏜軸在這段時間內的熱伸長較大，目前在現有條件下其熱伸長量不可測、也不可控，將會產生較為明顯的接刀痕，使得銑削的平面不符合零件的加工工藝要求，導致較高的廢品率，成為各主機廠商亟需解決的關鍵問題之一。

目前，針對鏜軸由于受溫度場變化而導致的熱伸縮變形，還沒有有效的預防與解決措施，主要還是采用誤差防止的辦法，比如通過優化改進機床結構設計或者在支撐鏜軸的軸承外圈處增加冷卻裝置間接使鏜軸溫度降低，或者通過在正式切削加工前用空行程預熱以均衡溫度場的方式加以改善。但由于冷卻套裝置的作用有限，不能徹底解決鏜軸的熱伸長問題，并且鏜軸的熱伸長誤差大小將隨著工作狀態和環境溫度等條件的改變而變化。因此，在當前高精度數控機床需求日益增大的前提下，需要尋求適當的方法來對機床鏜軸的定位誤差進行實時在線檢測，并將檢測值實時反饋給數控系統，以控制鏜軸的伺服進給裝置進行與熱伸長誤差相反方向的運動，實現鏜軸定位誤差的補償，從而使機床的精度得以提高。

發明內容

為了解決背景技術中所提出的現有技術問題，本發明提供了一種專門用于減少鏜軸熱伸長變形對機床加工精度影響的實時在線檢測與補償裝置，該裝置應用后，能夠將數控機床由于鏜軸的熱伸長變形而導致的加工誤差大大降低，確保實現機床預定的控制精度。

本發明用于數控機床鏜軸熱伸長變形誤差實時在線檢測與補償控制的裝置的技術方案是：由錐套（1）、鏜軸（2）、定位盤（6）、檢測軸套（8）、檢測環（11）、傳遞螺桿（12）、非接觸式位移傳感器（13）、傳感器安裝座（14）、滾珠絲杠螺母座（22）、傳感器電纜（34）、數控系統（35）、滾珠絲杠（36）和滾珠絲杠螺母（37）共同構成的裝置，其定位盤（6）通過錐套（1）與鏜軸（2）前端固連，通過螺紋連接與檢測軸套（8）前端固連；與鏜軸（2）后端固連的軸（10）在檢測軸套（8）后端位置處開一腰形槽，使得與檢測軸套（8）后端相固連的檢測環（11）在保證與鏜軸（2）一起旋轉的同時，能夠在軸向方向相對于鏜軸（2）產生運動。

所述的檢測軸套（8）通過傳遞螺桿（12）與檢測環（11）相互連接。傳遞螺桿（12）與檢測軸套（8）通過螺紋固連，傳遞螺桿（12）與檢測環（11）通過圓錐配合面實現連接，可通過傳遞螺桿（12）來調節檢測軸套（8）和檢測環（11）的對中情況。

所述的兩個非接觸式位移傳感器（13）對稱安裝在傳感器安裝座（14）上，可用于檢測檢測環（11）相對于滾珠絲杠螺母座（22）的位移，兩個位移傳感器（13）的讀數求平均后可消除不對稱誤差。

所述檢測軸套（8）采用的熱膨脹系數極小的合金材料，合金材料是指因瓦合金材料是一種鎳鋼合金，俗稱殷鋼，不變鋼，其熱膨脹系數約為1.2×10^-6/℃。

所述補償是通過設置數控系統（35）的溫度補償功能中的位置無關溫度補償值機床數據（如Sinumerik?840D系統中的機床設置數據SD43900）來實現的。

所述的將對相應原機床拉刀機構中拉刀桿進行后置，以便讓出檢測軸套（8）的安裝空間。

所述的定位盤（6）和檢測軸套（8）采用熱膨脹系數極小的合金材料制成。

本發明裝置實現了數控機床鏜軸熱伸長變形誤差的實時在線動態檢測與補償控制，能夠將數控機床由于鏜軸的熱伸長變形而導致的加工誤差大大降低，具有良好的經濟效益和社會效益。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

圖1是本發明用于鏜軸熱伸長變形誤差實時在線檢測與補償裝置的工作原理框圖。