[发明专利]一种用于机床主轴热误差的在线测试装置及测试方法

摘要

本发明公开了一种用于机床主轴热误差的在线测试装置及测试方法。该测试方法通过电涡流传感器和热像仪实时测量机床在实际工况下主轴温度敏感点的温度和主轴前端轴向和径向的热变形，然后分别通过热像仪、PLC将温度和热变形数据传送到计算机，经热误差测试软件的数据处理部分得到温度敏感点温升‑时间曲线、主轴轴向热变形‑时间曲线、主轴径向热变形‑时间曲线，最后经过计算得到主轴热误差模型。该测试装置包括热像仪、电涡流传感器、传感器信号调理器、PLC、PLC模拟量单元、计算机和支架；利用热像仪代替温度传感器测量主轴温度敏感点的温度数据，解决了在实际测量中温度传感器数目较多、布线繁琐、安装困难的问题。

主权项

一种用于机床主轴热误差的测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1)启动并检查数控机床设备，使之处于正常状态；2)安装测试装置，所述支架位于主轴的正前方；所述热像仪安装在支架上，用于采集主轴上的温度敏感点的温度信号；所述主轴前端安装有三个电涡流传感器，电涡流传感器用于测量主轴前端面轴向和两个径向的热变形；其中两个电涡流传感器分别安装在主轴前端的两个径向位置，两个电涡流传感器相互垂直；另一个电涡流传感器安装在主轴前端的轴向位置；三个电涡流传感器的探头都朝向主轴的前端面，0＜电涡流传感器的探头距离主轴前端面的距离＜1mm；所述电涡流传感器的输出端与传感器信号调理器的输入端连接；所述传感器信号调理器的输出端与PLC模拟量单元连接；所述PLC模拟量单元安装在PLC上；所述计算机分别与热像仪和PLC连接，计算机中加载有热误差测试软件；3)启动与调整热像仪、电涡流传感器、传感器信号调理器、PLC、PLC模拟量单元和计算机中的热误差测试软件，使测试装置处于正常工作状态；4)设定机床运行工况参数和输入机床运行工况程序代码，在热误差测试软件中设定PLC的采集模式、采集通道和采样频率与热像仪的工作模式、采样频率、温度范围以及实验采集数据的存储位置和存储文件的格式；5)进行工况运转加工，采集初始时刻主轴各个温度敏感点的温度值(X1,X2,…,Xk)、主轴前端轴向的变形值Y(1)与主轴前端两个径向的变形值Y(2)和Y(3)，并在热误差测试软件界面中显示；6)机床运行过程中，实时采集各个时刻主轴各个温度敏感点的温度值(Xi1,Xi2,…,Xik)、主轴前端轴向的变形值Yi(1)与主轴前端两个径向的变形值Yi(2)和Yi(3)，直至机床主轴达到热平衡，并在热误差测试软件界面中实时显示；7)数据采集完毕后，利用热误差测试软件对采集的温度敏感点的温度数据和热变形数据进行后处理，绘制温度敏感点温升‑时间曲线、主轴轴向热变形‑时间曲线和主轴径向热变形‑时间曲线，并得到主轴轴向热变形信号、主轴径向热变形信号与温度敏感点温升信号的热误差模型；再用机床运行过程中的各个时刻采集的主轴各个温度敏感点的温度值(Xi1,Xi2,…,Xik)、主轴前端轴向的变形值Yi(1)与主轴前端两个径向的变形值Yi(2)和Yi(3)分别对应减去初始时刻采集的主轴各个温度敏感点的温度值(X1,X2,…,Xk)、主轴前端轴向的变形值Y(1)与主轴前端两个径向的变形值Y(2)和Y(3)，得到主轴各个温度敏感点的温升值(xi1,xi2,…,xik)、主轴前端轴向的热变形值yi(1)与主轴前端两个径向的热变形值yi(2)和yi(3)；然后通过改进的多元线性分析法建立的热误差模型为公式(1)：yi=b0+Σn=1kbnxin+Σp.q∈I,p≠q1kbpqxipxiq++ei---(1)]]>式中：(xi1,xi2,…,xik)为温度敏感点温升，bn(n＝1,2,.……k)为温度变量系数，bpq(p,q∈I,p≠q，I＝{1,2……k})为温度变量的耦合系数，yi为热变形变量，ei是与实际测量值yi存在的偏差。