[发明专利]数控机床主轴的“热误差-温度”环的应用方法

说明书

一种数控机床主轴的“热误差‑温度”环的应用方法，属于数控机床热误差测试领域。针对没有基于实测的热误差和温度数据进行主轴热变形机理分析方法的现状，本发明首先使用检棒和两个位移传感器测试主轴径向热误差，热误差包括热漂移误差和热倾斜误差。同时使用两个温度传感器测试主轴箱上下两个表面的温度。之后以两个温度传感器数值之差为横坐标，以主轴径向热误差为纵坐标绘制出“热误差‑温度”环。最后基于该环分析主轴径向热变形机理，评价热误差水平。本发明提供了基于温度和热误差数据进行主轴热变形分析的方法，既可得出热变形机理和规律，又可以评估和对比热漂移和热倾斜水平。该方基于实测数据，因此分析的结果较仿真更接近实际。

技术领域

本发明属于数控机床热误差测试技术领域，具体为数控机床主轴的“热误差-温度”环的应用方法。

背景技术

自1933年瑞士通过对坐标镗床进行测量分析后发现机床热变形是影响定位精度的主要因素以来，学者对机床热误差机理和测试进行了大量研究。

2013年《天津大学学报》第9期发表文章《数控机床主轴热特性分析》，通过有限元和试验验证了热动态特性的变化规律。2015年《浙江大学学报(工学版)》第11期发表文章《高速主轴系统热特性分析与实验》，基于主轴三维有限元模型进行瞬态热-结构耦合分析，并考虑结合面的接触热传导，使仿真精度明显提高。2015年《煤矿机械》第1期发表文章《高速电主轴传热机理及温度测点优化分析》，从电机、轴承和环境三个方面对主轴传热机理进行了分析。2016年《电子科技大学学报》第6卷发表文章《重型卧式车床主轴系统热特性分析》，提出了基于有限元热-固耦合方法仿真计算了主轴达到热平衡后的热变形特性。

在专利《一种电主轴温度与热变形试验装置》，申请号：CN201510781183.X中提出了一种基于控制单元、温度检测单元、冷却单元以及热误差测试单元的主轴热变形试验装置，可用于主轴热特性研究。在专利《一种用于数控床主轴热变形分析的方法》，申请号：CN201510855597.2中，在主轴套筒侧壁安装了电加热线圈，有助于缩短主轴受热变形分析周期。

通过对研究现状的分析，目前研究成果存在以下不足：

(1)目前进行主轴热变形机理分析大多采用有限元方法进行仿真。该方法基于仿真结果，与实际存在一定差距。

(2)目前主轴热误差测试方法可以得出热变形和温度数据，但没有基于这些数据对主轴热变形机理和过程进行深入分析的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有主轴热误差机理分析方法的不足，提供数控机床主轴的“热误差-温度”环及其应用方法，该方法基于试验数据既能分析热变形机理，又能评价和对比热误差水平。

本发明的技术方案：

数控机床主轴的“热误差-温度”环的应用方法，首先使用检棒和两个位移传感器测试主轴径向热误差，主轴径向热误差包括热漂移误差和热倾斜误差；同时使用两个温度传感器测试主轴箱上下两个表面的温度；之后基于主轴径向热漂移误差和主轴箱上下表面温度差绘制出“热误差-温度”环；最后基于该“热误差-温度”环分析主轴径向热变形机理，评价热误差水平；

步骤如下：

(1)首先在主轴箱上下表面各布置一个温度传感器，其中靠近主轴电机表面的温度传感器为T₁，另一表面的温度传感器为T₂；

(2)使用检棒和两个位移传感器测试主轴沿X方向和Y方向的径向热漂移误差；选择其中径向热漂移误差较大的一个方向，使用检棒和两个沿主轴轴向布置的位移传感器测试其热误差，其中靠近主轴鼻端的位移传感器为P₂，另一个为P₁，位移传感器的测试方向为：随着径向热漂移误差增大，检棒远离位移传感器；