[發明專利]機床主軸實際切削狀態下熱力耦合變形監測系統和方法

有效

• 申請號: 201710233768.7
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN106903552B
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 許超;馮平法;黃雙剛;葉健
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

一種機床主軸實際切削狀態下熱力耦合變形監測系統和方法，該系統包括支撐架、安裝在支撐架上的固定機構、平移支架、平移驅動機構、旋轉支架、旋轉驅動機構、位移傳感器以及控制裝置，位移傳感器優選為LVDT位移傳感器，控制裝置與平移驅動機構、旋轉驅動機構、位移傳感器通過線路連接，固定機構用于將監測系統固定安裝在機床上，優選地，固定機構還隔離床身振動，平移驅動機構驅動平移支架作平移運動，旋轉支架安裝在平移支架上，位移傳感器安裝在旋轉支架上，旋轉驅動機構驅動旋轉支架作旋轉運動。本發明能夠實現對機床主軸實際切削狀態下熱力耦合變形的精確測量，從而有助于有效提高機床加工精度，提高生產過程智能化與安全水平。

技術領域

本發明涉及一種機床主軸實際切削狀態下熱力耦合變形監測系統和方法。

背景技術

數控機床是工業制造的重要基礎，機床加工精度是機床的關鍵技術之一。在數控機床加工過程中，機床各部件不均衡溫升引起的熱變形使得刀具和工件之間的相對位置發生了變化；切削力作用下主軸發生力變形，造成讓刀。據統計，數控機床熱誤差約占總誤差的50％～70％，力誤差約占總誤差的10％～15％。對機床主軸實際切削狀態下的熱力耦合誤差進行研究尤其是實現對機床主軸實際切削狀態下熱力耦合變形的精確、安全監測，能夠有效提高機床加工精度，產生較大的經濟效益。

目前對機床主軸加工誤差的研究成果很多，但存在以下不足：1.大多數誤差研究是在機床主軸空轉條件下進行的，只考慮了主軸熱變形的影響，沒有考慮到切削力的影響，研究成果難以應用到實際生產中；2.針對機床主軸實際切削狀態下的加工誤差研究中，常采用基于加工工件誤差測量結果進行誤差解耦的方法，這種方法計算復雜，可靠性低。因此亟需設計開發一種機床主軸實際切削狀態下熱力耦合變形監測系統，有效提高工業生產水平。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的不足，提供一種機床主軸實際切削狀態下熱力耦合變形監測系統和方法,解決現有技術中沒有考慮到主軸切削力變形，實際切削狀態下主軸熱力耦合變形測量困難的問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種機床主軸實際切削狀態下熱力耦合變形監測系統，包括支撐架、固定機構、平移支架、平移驅動機構、旋轉支架、旋轉驅動機構、位移傳感器以及控制裝置，所述位移傳感器優選為LVDT(Linear Variable Differential Transformer，線性可變差動變壓器)位移傳感器，所述固定機構、所述平移支架、所述平移驅動機構、所述旋轉支架和所述旋轉驅動機構安裝在所述支撐架上，所述控制裝置與所述平移驅動機構、所述旋轉驅動機構、所述位移傳感器通過線路連接，所述固定機構用于將所述監測系統固定安裝在機床上，優選地，所述固定機構還隔離床身振動，所述平移驅動機構耦合到所述平移支架以驅動所述平移支架作平移運動，所述旋轉支架安裝在所述平移支架上，所述位移傳感器安裝在所述旋轉支架上，所述旋轉驅動機構耦合到所述旋轉支架以驅動所述旋轉支架作旋轉運動。

進一步地：

所述支撐架包括主橫梁和從主橫梁上延伸出來的分支臂，所述分支臂與所述主橫梁形成夾角，優選地，所述支撐架由碳纖維桿組成。

所述固定機構包括設置在所述分支臂上的第一磁力座、第一隔振器以及設置在所述主橫梁上的第二磁力座、第二隔振器和第三磁力座、第三隔振器，所述第一磁力座、所述第二磁力座和所述第三磁力座用于吸附機床床身，所述第一隔振器、所述第二隔振器、所述第三隔振器用于隔離床身振動。

所述平移驅動機構包括第一舵機、齒輪齒條機構、第一直線導軌以及第二直線導軌，所述齒輪齒條機構包括齒輪和與所述齒條嚙合的齒條，所述第一舵機的轉軸與所述齒輪同軸線過盈配合以驅動所述齒輪轉動，所述齒條安裝在所述平移支架上，所述平移支架通過滑塊安裝在所述第一直線導軌和所述第二直線導軌上，所述第一舵機輪通過所述齒輪齒條機構驅動所述平移支架沿所述第一直線導軌和所述第二直線導軌作平移運動。