立卧式加工中心主轴温度补偿测定通用结构及测定方法技术

本发明专利技术立卧式加工中心主轴温度补偿测定通用结构及测定方法，涉及机床制造技术领域，尤其涉及立卧式加床加工中心主轴的温度补偿测定通用结构以及该结构的测定使用方法。本发明专利技术支撑部件装于工作台上；温度传感器分布埋于主轴箱表面以内的主轴箱埋深测温点内，位于主轴轴线对应位置及其两侧；精准距离侧头装于支撑部件上；数据采集系统与温度传感器及精准距离侧头相连接，采集相关数据，进行分析。本发明专利技术的技术方案解决了现有技术中的由主轴高速旋转产生的热量以及加工切削热也容易影响到主轴，主轴受温度的影响比较明显，影响加工精度的问题。的问题。的问题。

General structure and method of spindle temperature compensation measurement for vertical and horizontal machining center

【技术实现步骤摘要】
立卧式加工中心主轴温度补偿测定通用结构及测定方法


[0001]本专利技术立卧式加工中心主轴温度补偿测定通用结构及测定方法，涉及机床制造
，尤其涉及立卧式加床加工中心主轴的温度补偿测定通用结构以及该结构的测定使用方法。

技术介绍

[0002]在机床加工制造过程中，提高精密机床的精度，主要从两个方面采取措施。一方面是提高机床的“硬件”水平，另一方面是提高机床软件水平。
[0003]“硬件”水是机床部件加工、制造、装配等方面的水平，提高到一定程度，再想提高，需要付出较大的经济上的代价。软件水平是运用PLC等软件手段，将加工中心机床的某些方面的误差，根据总结的规律给与补偿，是加工中心机床的加工精度达到理想状态。
[0004]加工中心是中高档机床，对精度要求较高，而加工中心的误差源中，由机床本身制造、装配缺陷造成几何误差、由机床温度变化而引起热变形造成的热误差及由机床切削力引起力变形造成切削力误差是影响加工精度的关键因素，这3项误差可占总加工误差的80％左右。研究表明，在所有的机床误差源中，热误差的比例高达60％～70％，主轴高速旋转产生的热量很大，加工切削热也容易影响到主轴，主轴受温度的影响比较明显，因此研究温度对主轴影响有十分重要意义。
[0005]随着，日益激烈的市场竞争，对国产加工中心的精度提出更高要求，就目前而言，加工中心主轴温度补偿技术，可以在成本增加不大的情况下，将机床本身精度提高较为明显，加工中心主轴温度补偿技术的研究有十分重要的实用价值。
[0006]针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的立卧式加工中心主轴温度补偿测定通用结构及测定方法，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

技术实现思路

[0007]根据上述现有技术提出的由主轴高速旋转产生的热量以及加工切削热也容易影响到主轴，主轴受温度的影响比较明显，影响加工精度的技术问题，而提供一种立卧式加工中心主轴温度补偿测定通用结构及测定方法。本专利技术主要通过设置的加工中心主轴温度补偿测定通用结构以及加工方法对加工中心主轴温度进行测定和补偿，从而达到提高加工精度的目的。
[0008]本专利技术采用的技术手段如下：
[0009]一种立卧式加工中心主轴温度补偿测定通用结构包括：支撑部件、温度传感器、精准距离侧头和数据采集系统；
[0010]进一步地，支撑部件为3个，装于工作台上，分别位于检棒的自由端部以及检棒的相邻两侧部；
[0011]进一步地，温度传感器为15个，分布埋于主轴箱表面以内的主轴箱埋深测温点内，位于主轴轴线对应位置及其两侧；根据灰色关联度方法对测温和变形采集数据进行相关性
分析，考虑避免增大数控机床的系统占有资源因素，最终选择其中1处最佳测温点(温度变化和变形变化相关性好的点)作为实际温度补偿的测温点。
[0012]进一步地，精准距离侧头为5个，装于3个支撑部件上；
[0013]进一步地，数据采集系统包括：多通道数据采集卡、工控计算机和数据线；设置于工作台外部，与温度传感器及精准距离侧头相连接，采集相关数据，进行分析。
[0014]进一步地，通过数据采集系统进行现场采集数据，将采集的温度、位移数据进行相关性分析，根据尽量减少占用数控机床资源原则，将最终采用温度关键点(1个)，建立起该温度点于热变形位移之间的数学模型，即热误差模型。
[0015]进一步地，支撑部件包括：支撑架A、支撑架B和支撑架C；
[0016]进一步地，支撑架A和支撑架B固定装于工作台上，支撑架A和支撑架B上各加工有一个水平设置的条形孔，条形孔的中心线与检棒的轴线平行；每个条形孔上各装有两个可沿条形孔水平移动的精准距离侧头，四个精准距离侧头测定垂直轴向变形位移；
[0017]进一步地，支撑架C固定装于工作台上，其上加工有一个垂直设置的条形孔，条形孔的中心线位于检棒的轴线延长线上，并与轴线垂直设置；条形孔上装有一个可沿条形孔垂直移动的精准距离侧头，该精准距离侧头测定轴向变形位移；
[0018]进一步地，温度传感器设置点的选择原则为：
[0019]1、该点处的温度近似主轴及主轴箱平均温度与床身平均温度之差
△
T与主轴热变形
△
L接近同步且呈比较精确线性关系；
[0020]2、该点处在升温过程中
△
T
‑△
L曲线与降温过程中的
△
T
‑△
L曲线基本重合。
[0021]进一步地，温度传感器最佳测温点的选择条件为：
[0022]1、根据测量数据计算温度差变化和热变形位移之间的相关系数，去掉相关系数小的温度测点，以及计算各主轴测温点与床身测温点的温差之间的相关系数，有选择的去掉相关系数较大的两点之间的一个点；
[0023]2、分析温度变化曲线，剔除提供重复信息和温度变化不明显的测温点。
[0024]进一步地，立卧式加工中心主轴温度补偿测定方法，其特征在于，所述的测定方法包括如下步骤：
[0025]1、通过热成像仪，观察主轴箱各部分温度变化情况，找出温度变化明显区域，根据采用红外成像仪采集主轴箱的温度场；为了提高采集数据效率，降低时间及其他成本。用红外成像仪采集主轴多个工作状态下的温度场，同时测量主轴热变形引起的误差情况，初步粗略对温度变化和变形之间的相关性分析；对主轴及主轴箱结构进行分析；结合以上情况，对测温点进行初步优化布置。
[0026]根据红外成像仪采集数据及主轴箱热对称结构，实际测试采用基于主轴箱中心线的分布方式，主要在主轴箱的前面、上面沿轴线分布布置测温点，而在主轴箱所示左右两侧面较少布置测温点，大约14个测温点；由于环境等因素变化势必引起加工中心的主要部件变形，所以这里我们不是采用温度来标定温度变化，而是采用温差来表达，在加工中心床身不易受其他热源影响位置放置一个测温点。
[0027]2、测量主轴热变形量；
[0028]3、对机床主轴箱结构进行分析；
[0029]4、初步选定温度传感器测定位置，在除电机附近外的温度变化明显各区域，设定
主轴箱埋深测温点，为了防止丢失好的测温点，设置15个主轴箱埋深测温点，放置共15个温度传感器；
[0030]5、在主轴外部的检棒周围的支撑部件上设置5个精准距离侧头，在测温的同时测得加工中心主轴温度引起的位移变形数据；
[0031]6、测定工作完成后，根据温度传感器和位移传感器所采集的数据，通过数据采集系统传送到计算机分析系统，进行相关性分析获得1个个最佳测温点，作为后续加工中心主轴温度补偿实现的测温点。
[0032]进一步地，测定方法的测定原则为：
[0033]1、测量环境要求，要求按照机床加工实际情况进行测试，不能因为机床外部分防护不安装方便测试就不安装，按照机床使用热机流程进行等情况必须按照加工实际情况进行，否则测试结果和实际相比会有较大出入；
[0034]2、精准距离侧头选择电涡流位移传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种立卧式加工中心主轴温度补偿测定通用结构，其特征在于，所述的立卧式加工中心主轴温度补偿测定通用结构包括：支撑部件、温度传感器(6)、精准距离侧头(8)和数据采集系统；所述的支撑部件为3个，装于工作台(1)上，分别位于检棒(3)的自由端部以及检棒(3)的相邻两侧部；所述的温度传感器(6)为15个，分布埋于主轴箱(7)表面以内的主轴箱埋深测温点内，位于主轴轴线对应位置及其两侧；所述的精准距离侧头(8)为5个，装于3个支撑部件上；所述的数据采集系统包括：多通道数据采集卡、工控计算机和数据线；设置于工作台(1)外部，与温度传感器(6)及精准距离侧头(8)相连接，采集相关数据，进行分析。2.根据权利要求1所述的立卧式加工中心主轴温度补偿测定通用结构，其特征在于，所述的支撑部件包括：支撑架A(4)、支撑架B(5)和支撑架C(2)；所述的支撑架A(4)和支撑架B(5)固定装于工作台(1)上，支撑架A(4)和支撑架B(5)上各加工有一个水平设置的条形孔，条形孔的中心线与检棒(3)的轴线平行；每个条形孔上各装有两个可沿条形孔水平移动的精准距离侧头(8)，四个精准距离侧头(8)测定垂直轴向变形位移；所述的支撑架C(2)固定装于工作台(1)上，其上加工有一个垂直设置的条形孔，条形孔的中心线位于检棒(3)的轴线延长线上，并与轴线垂直设置；条形孔上装有一个可沿条形孔垂直移动的精准距离侧头(8)，该精准距离侧头(8)测定轴向变形位移，该精准距离侧头(8)测定轴向变形位移。3.根据权利要求1所述的立卧式加工中心主轴温度补偿测定通用结构，其特征在于，所述的温度传感器(6)设置点的选择原则为：31、该点处的温度近似主轴及主轴箱平均温度与床身平均温度之差
△
T与主轴热变形
△
L接近同步且呈比较精确线性关系；32、该点处在升温过程中
△
T
‑△
L曲线与降温过程中的
△
T
‑△
L曲线基本重合。4.根据权利要求3所述的立卧式加工中心主轴温度补偿测定通用结构，其特征在于，所述的温度传感器(6)最佳测温点的选择条件为：41、根据测量数据计算温度差变化和热变形位移之间的相关系数，去掉相关系数小的温度测点，以及计算各主轴测温点与床身测温点的温差之间的相关系数，有选择的去掉相关系数较大的两点之间的一个点；42、分析温度变化曲线，剔除提供重复...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世鹏，王德斌，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：