[发明专利]一种数控机床分离主轴末端热变形的测量系统及其方法

说明书

本发明公开了一种数控机床分离主轴末端热变形的测量方法，本方法对检验棒自身热变形、主轴箱和立柱等结构件热变形及热倾斜的测量，测量中采用热膨胀系数较低的碳纤维管、铟钢材料作为位移传感器的固定装置和辅助测量装置。并通过对测量数据处理、计算，能够分离出主轴前端面自身热变形和热倾斜及结构件自身热伸长和热倾斜，可以到主轴与结构件热特性之间的关系。该方法使得测量计算值更加准确，精度更高，可更加全面分析主轴热变形的影响因素。满足了简单、高精度的检测要求，适合中高档数控机床的几何精度检测。

技术领域

本发明属于数控机床技术领域，涉及一种测量系统及其测量方法，尤其是一种数控机床分离主轴末端热变形的测量系统及其方法。

背景技术

随着基础制造业和精密加工技术的不断发展，对数控机床的加工精度有了更高的要求，因此如何快速准确的检测出机床各项误差并进行相关项误差的补偿，对于提高数控机床的加工精度起到了非常重要的作用。机床的主轴、导轨、丝杠、刀具等部件都会在运动中因负载和摩擦作用而升温变形，但热变形误差链中最终影响加工精度的却是主轴相对工作台的位移。因此，准确检测主轴结构变形对解决数控机床热态精度，提高数控机床性能和加工精度至关重要。目前，国内外用于检测数控机床主轴结构热变形的方法，主要是基于国际标准ISO0230-3:2007《Test code for machine tools-Part3:Determinationofthermal effects》，采用五点法进行实验测量。然而，五点法测量得到的主轴末端变形并非主轴自身的变形，而是受机床结构件变形影响的综合末端变形量。

综上所述，针对于目前数控机床主轴结构热变形测量方法的不足，有必要提出一种新的测量方法，可通过测量的方法直接分离机床主轴热变形。以实现数控机床主轴结构热变形的高精度检测。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种数控机床分离主轴末端热变形的测量系统及其方法，本方法在机床整机热源及热敏感位置布置温度传感器检测整机温升情况，在五点法的基础上，同时测量检验棒根部、主轴箱、立柱等结构件的热变形，利用分离计算可以从五点法检测到的主轴末端热伸长中分离出主轴自身热变形，并得到结构件的热变形对主轴末端热变形的影响。该方法具有简单、精度高、可对机床主轴热误差进行分离的优点，适合中高档数控机床的精度检测。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种数控机床分离主轴末端热变形的测量系统，包括温度测量装置、五点法装置、主轴末端热变形测量装置、测量辅助架以及信号采集装置；

其中，所述数控机床包括立柱、主轴箱、检验棒、工作台、滑台和床身，在床身上设置可沿其水平移动的滑台，滑台上设置有工作台，在床身一侧垂直设置立柱，立柱上设置可沿其上下移动的主轴箱，主轴箱上设置有检验棒；

其中，所述温度测量装置包括分别设置于机床以下各位置处的温度传感器：Y轴电机、Y轴电机座、Y轴电机座与结构件结合面、Y轴导轨、X轴上导轨、X轴电机、X轴电机座、X轴电机座与结构件结合面、Y轴轴承座、X轴轴承座、X轴下导轨、X轴下导轨、Z轴轴承座、Z轴电机座、Z轴电机、Z轴电机座与结构件结合面、Z轴导轨、主轴前轴承、主轴后轴承、X减速箱、主轴电机前、主轴电机左侧、主轴电机右侧和主轴电机下；

其中，所述五点法装置参照国际标准ISO0230-3:2007，包括分别设置于以下位置处的电涡流位移传感器：检验棒末端、检验棒末端侧面、检验棒中部侧面、检验棒末端下面和检验棒中部下面；

其中，所述主轴末端热变形测量装置，包括2组电涡流位移传感器，第一组安装在工作台上，用于测量相对于工作台的的变形量，安装位置分别为：检验棒根部端面、主轴箱法兰盘，第二组安装在测量辅助架上，用于测量相对于地面的变形量，安装位置分别为：主轴箱侧边上端面、主轴箱侧边下端面、立柱导轨上部、立柱导轨中部和立柱导轨下部；