[發(fā)明專利]數(shù)控機床用加工主軸的溫度補償系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710970059.7
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107608310B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳方明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水利水電第十工程局有限公司
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 北京天奇智新知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11340
• 代理人: 楊春

1.一種數(shù)控機床用加工主軸的溫度補償系統(tǒng)，應(yīng)用于一數(shù)控機床，所述數(shù)控機床可為五軸數(shù)控機床，其包含床身、主軸箱和數(shù)控機床主控單元，所述主軸箱內(nèi)設(shè)有加工組件以對工件進(jìn)行加工，所述數(shù)控機床主控單元連接至各驅(qū)動電機以實現(xiàn)加工組件在X軸、Y軸、Z軸三個方向上的進(jìn)給，其特征在于：

所述加工組件包含支架、主軸以及驅(qū)動主軸，所述主軸貫穿于支架且通過兩端的軸承旋轉(zhuǎn)支撐于支架，所述主軸的頭部設(shè)有加工頭，其中，所述溫度補償系統(tǒng)還包含控制組件、加工頭定位組件和至少一檢測單元，所述控制組件連接于加工頭定位組件、至少一檢測單元以及數(shù)控機床主控單元，所述至少一檢測單元的對加工組件進(jìn)行溫度檢測，以獲得溫度信號后發(fā)送給控制組件，所述加工頭定位組件對加工頭相對位置進(jìn)行檢測，以獲得加工頭的位置信號并發(fā)送給控制組件，所述控制組件接受到溫度信號后產(chǎn)生補償數(shù)據(jù)并將該補償數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)控機床主控單元，同時接收到位置信號后產(chǎn)生實時位置數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)控機床主控單元，所述數(shù)控機床主控單元接受該補償數(shù)據(jù)以及實時位置數(shù)據(jù)，并根據(jù)初始進(jìn)給數(shù)據(jù)和補償數(shù)據(jù)進(jìn)行實時調(diào)節(jié)，以對溫度產(chǎn)生的熱誤差以及運動誤差進(jìn)行補償；

所述至少一檢測單元至少包含位于支架內(nèi)緣以對所述主軸的溫度進(jìn)行檢測的主軸溫度檢測單元以及對兩端軸承溫度進(jìn)行檢測的軸承溫度檢測單元，還包含設(shè)置于加工頭內(nèi)對加工頭進(jìn)行溫度的加工頭溫度檢測單元，各溫度檢測單元與溫度數(shù)據(jù)采集單元連接，所述溫度數(shù)據(jù)采集單元與控制組件連接，從而實時傳輸測量得到的關(guān)鍵測點的溫度值；

所述加工頭定位組件為激光定位組件，所述激光定位組件包含位于加工頭上的激光發(fā)射單元和位于主軸箱上的激光接受單元，通過激光發(fā)射單元和激光接收單元的相對移動得到加工頭的偏移量；

所述控制組件包含數(shù)據(jù)存儲模塊、信號接收模塊、溫度補償模塊、實時位置模塊以及信號發(fā)送模塊，所述控制組件內(nèi)存有初始數(shù)據(jù)，該初始數(shù)據(jù)包含了主軸溫度、軸承溫度和加工頭溫度與X、Y、Z三個運動方向上的補償數(shù)據(jù)，所述信號接收模塊接收溫度信號以及位置信號，所述溫度補償模塊將主軸溫度、軸承溫度和加工頭溫度對應(yīng)所述初始數(shù)據(jù)后得到X、Y、Z三個運動方向上的補償量，所述實時位置模塊將位置信號轉(zhuǎn)化為實時位置數(shù)據(jù)，所述信號發(fā)送模塊將所述補償量以及實時位置數(shù)據(jù)發(fā)送給所述數(shù)控機床主控單元。

2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床用加工主軸的溫度補償系統(tǒng)，其特征在于：所述床身的一側(cè)上方設(shè)有工件臺，所述工件臺的中間設(shè)有通過工件旋轉(zhuǎn)軸可調(diào)角度固定于工件臺上的工件安裝部，所述工件安裝部為可旋轉(zhuǎn)固定的安裝部。

3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)控機床用加工主軸的溫度補償系統(tǒng)，其特征在于：所述床身另一側(cè)上方設(shè)有兩平行設(shè)置的X軸導(dǎo)軌和在X軸導(dǎo)軌上滑動的X軸滑動臺，所述兩X軸導(dǎo)軌之間設(shè)有X軸驅(qū)動螺桿和X軸驅(qū)動電機，所述X軸滑動臺上設(shè)有兩平行設(shè)置的Y軸導(dǎo)軌和在Y軸導(dǎo)軌上滑動的Y軸滑動臺，所述兩Y軸導(dǎo)軌之間設(shè)有Y軸驅(qū)動螺桿和Y軸驅(qū)動電機，所述Y軸滑動臺上設(shè)有兩平行設(shè)置的Z軸導(dǎo)軌和在Z軸導(dǎo)軌上滑動的Z軸滑動臺，所述兩Z軸導(dǎo)軌之間設(shè)有Z軸驅(qū)動螺桿和Z軸驅(qū)動電機，所述Z軸滑動臺上設(shè)有主軸箱。

4.一種數(shù)控機床用加工主軸的溫度補償方法，依據(jù)如權(quán)利要求1-3中任一所述的數(shù)控機床用加工主軸的溫度補償裝置實現(xiàn)的，其特征在于，該溫度補償方法包含如下步驟：

步驟一：初始數(shù)據(jù)采集，從而得到溫度信號的補償量；

步驟二：在加工過程中分別采集各點的溫度信號以及加工頭的實時位置數(shù)據(jù)，并將各點的溫度信號根據(jù)初始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為補償數(shù)據(jù)；

步驟三：根據(jù)補償數(shù)據(jù)以及加工頭的實時位置數(shù)據(jù)對初始進(jìn)給數(shù)據(jù)進(jìn)行補償，以實時調(diào)整加工頭的切削進(jìn)給量，從而有效對加工過程中的熱誤差和運動誤差進(jìn)行補償。