[发明专利]一种数控机床热误差控制结构和方法

说明书

技术领域

本发明属于机床加工精度技术领域，具体涉及一种数控机床热误差控制结构和方法。

背景技术

机床热误差是机床加工精度的重要影响因素，它来源于机床在实际加工过程中自身的生热，如轴承，齿轮箱等，以及与环境的热传导，热对流和热辐射。对于重型数控落地铣镗床，滑枕是其关键部件，主轴组件位于滑枕内部，包含了支撑主轴旋转的轴承以及传递扭矩的齿轮组和减速箱。轴承及各齿轮组在主轴旋转过程中的生热通过热传导和热对流，以及冷却和润滑系统向外传递，受其影响最显著的是滑枕部件和安装在滑枕表面的光栅尺闭环检测系统，最终将影响滑枕的定位误差和密切相关的平面铣削加工误差。为解决该问题，机床厂商和机床研究人员均以加强冷却为出发点，但是效果不甚理想。

目前出现了一些针对类似典型结构等的热误差补偿装置，但该类补偿装置多较为复杂，需要专业人员进行调试，且补偿信息易受到加工车间复杂电磁环境干扰和机械振动干扰，实际使用的鲁棒性有待提高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的上述问题，实现对机床滑枕热变形和光栅尺热变形产生的滑枕定位误差的稳定控制，保证了滑枕的定位精度。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种数控机床热误差控制结构，包括主轴、光栅尺、机床滑枕、滑枕进给电机和丝杠螺母副，所述机床滑枕套设在主轴上，丝杠螺母副的丝杠与滑枕进给电机连接，螺母与机床滑枕固连，所述机床滑枕表面设有因瓦合金板，所述因瓦合金板与机床滑枕的轴向运动同步，所述光栅尺与滑枕进给电机电连接，滑枕进给电机接收到光栅尺发送的信号后启停；

所述因瓦合金板上设有隔热基座，所述光栅尺固设于隔热基座上，所述光栅尺的首端与丝杠螺母副的螺母起点平齐。

所述因瓦合金板一端与机床滑枕前端刚性连接，中部和另一端均通过柔性支撑连接。

所述柔性支撑为圆弧型柔性铰链支撑。

所述隔热基座厚度小于10mm。

所述隔热基座的材质为气凝胶毡。

本发明还提供了一种数控机床热误差控制方法，使用数控机床热误差控制结构，数控机床在加工过程中生热，光栅尺在隔热基座的隔热作用下，刻度间距不变，而机床滑枕受热膨胀，其前端面沿进给方向移动，带动因瓦合金板同步移动，同时光栅尺运动，使光栅尺位置读数改变，光栅尺发送信号给滑枕进给电机，滑枕进给电机驱动机床滑枕调整其当前位置，使机床滑枕向进给反方向移动，使光栅尺和因瓦合金板随着机床滑枕的移动也发生位置改变，同时光栅尺位置度数也随即改变，直至光栅尺位置度数恢复到机床滑枕无膨胀状态的位置读数，光栅尺发送信号给滑枕进给电机使其伺服断电。

本发明的有益效果是：

本发明提供的这种数控机床热误差控制结构，首先采用低热膨胀系数的因瓦合金板，限制了光栅尺两端的位置，使其整体长度不发生变化，再通过在因瓦合金板和光栅尺之间加装了具有良好隔热性能的隔热基座，大大降低了光栅尺的温升，消除了光栅尺变形，保持了刻度间距的精度，同时利用光栅尺的位置闭环控制功能，实现了对滑枕热变形和光栅尺热变形产生的滑枕定位误差的稳定控制，保证了滑枕定位精度。

下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A向的剖面图；

图3是图1中B-B向的剖面图；

图4是本发明控制方法的流程图。

图中：1、主轴；2、机床滑枕；3、因瓦合金板；4、螺母；5、丝杠；6、主轴电机；7、光栅尺；8、圆弧型柔性铰链支撑；9、光栅尺读数头；10、隔热基座。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供了一种数控机床热误差控制结构，包括主轴1、光栅尺7、机床滑枕2、滑枕进给电机和丝杠螺母副，所述机床滑枕2套设在主轴1上，丝杠螺母副的丝杠5与滑枕进给电机连接，螺母4与机床滑枕2固连，所述机床滑枕2表面设有因瓦合金板3，所述因瓦合金板3与机床滑枕2的轴向运动同步，所述光栅尺7与滑枕进给电机电连接，滑枕进给电机接收到光栅尺7发送的信号后启停；

所述因瓦合金板3上设有隔热基座10，所述光栅尺7固设于隔热基座10上，所述光栅尺7的首端与丝杠螺母副的螺母4起点平齐。

由于现有机床滑枕2结构，光栅尺7被直接安装在滑枕表面；随着滑枕的温升，光栅尺7不可避免发生热膨胀，光栅尺7刻度间距变大，以变形的光栅尺7进行机床的闭环位置控制，势必会加剧滑枕的定位误差。

本发明原理：