一种机床工作台热特性测试分析方法和系统技术方案

本发明专利技术实施例是关于一种机床工作台热特性测试分析方法，该方法通过激光干涉仪对机床移动轴热特性进行检测，同时利用固定于床身的位移传感器对工作台受热引起的膨胀、翘曲等热变形进行系统性测量，通过分离进给轴热误差得到工作台热变形。本发明专利技术结合热致定位误差与位移传感器数据，实现了工作台热特性的测量与分离，对工作台热特性进行系统测试与分离，为工作台热误差分析，建模和补偿提供数据基础，可以同时完成工作台所处进给轴和工作台的热特性测试。性测试。性测试。

【技术实现步骤摘要】
一种机床工作台热特性测试分析方法和系统


[0001]本专利技术专利属于数控机床
，涉及一种机床工作台的热特性测试分析方法和系统。

技术介绍

[0002]热误差是机床在加工过程中由热变形引起的误差，随着数控机床制造装配精度的日益提高，热误差已经成为影响机床加工精度的主要因素之一。数控机床热误差测试是研究热误差形成机理、建模和补偿的基础。
[0003]机床工作台在往复运动过程中，尤其是大型机床，丝杠螺母生热严重，其中一部分热量传递给丝杠使丝杠发生热膨胀引起进给系统的热致定位误差，还有一部分热量传入工作台导致工作台发生膨胀、翘曲等热变形，降低加工精度。因此有必要对工作台热特性进行系统性测试与分析。
[0004]在专利“数控机床全工作台热误差测量系统及其测量方法”(申请号CN 105785915A)中，利用测头和在工作台上布置标准块实现工作台热误差测量，但该方法不能分离出进给轴热误差对工作台的影响。
[0005]工作台的热特性需要在进给轴运动过程中动态测量，且需要分离机床移动轴的热致定位误差。目前，国内外对数控机床工作台整体热特性测试的研究较少，相关实验方案较缺乏。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种机床工作台热特性测试分析方法和系统，实现了工作台热特性的测量与分离。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供一种机床工作台热特性测试分析方法，包括以下步骤：
[0009]一种机床工作台热特性测试分析方法，包括：
[0010]S1：首先布置温度传感器和位移传感器，再对激光干涉仪调光；
[0011]S2：执行定位误差采集程序，定位误差数据测量与记录；
[0012]S3：激活位移传感器测量干涉仪触发采集；工作台往复运动热机，采集误差；
[0013]S4：温度达到稳态之前，依次重复步骤S2与步骤S3直至达到稳态，切换其他工况条件继续测试到实验结束；
[0014]S5：数据分析得出机床工作台热特性情况。
[0015]进一步地，上述步骤S1具体是：
[0016]在靠近热源进给轴螺母、轴承座、电机座处布置温度传感器；在工作台表面均匀布置温度传感器；在工作台X、Y、Z三个方向上布置高精度非接触式位移传感器；搭建激光干涉仪测量系统，确保在全行程进给中激光干涉仪正常使用。
[0017]进一步地，上述步骤S2具体是：
[0018]执行定位误差采集程序，将进给行程分为均匀的多个测量点，往返一个行程，分段进给，每移动至一个测量点，干涉仪自动采集当前定位误差，位移传感器根据当前轴位置，在测量区域内启动测量并记录数据，记为第i次数据测量结果，i＝0表示机床初始状态。
[0019]进一步地，上述步骤S3具体是：
[0020]工作台在行程内往复运动2～5次，模拟加工中的生热阶段；而后继续执行步骤2完成定位误差数据与工作台热变形数据采集。
[0021]进一步地，上述步骤S5具体是：
[0022]位移传感器所采集工作台的位移量包含工作台热变形和移动轴生热导致的定位误差，将两种误差分离；对Y向和Z向，热致定位误差引起的工作台位移为二阶误差量，可以忽略；对X向，根据叠加原理，可将工作台位移量等价为热致定位误差与工作台热变形的和，因此得公式
[0023][0024]式中，分别表示第i次测量，工作台在X向、Y向、Z向的热变形(μm)，其中k表示测点k(k＝1～11)；σ表示位移传感器测量值；表示第i次测量，测点k的热致定位误差。
[0025]一种机床工作台热特性测试分析系统，包括机床床身、反射镜、轴承座、丝杠、多个温度传感器、多个位移传感器、干涉镜、工作台、电机座、进给轴电机、激光干涉仪和螺母座；
[0026]所述机床床身上依次设置有所述的反射镜、轴承座和电机座；所述轴承座和电机座之间通过所述丝杠连接；所述丝杠上设置有螺母座，所述螺母座上设置有所述工作台；所述进给轴电机设置于所述电机座的侧面；
[0027]所述激光干涉仪和反射镜正对设置且分别位于所述工作台的两侧；
[0028]所述温度传感器布置于所述工作台、螺母座、轴承座和电机座处，用于采集机床进给轴和工作台的温度特性；
[0029]所述位移传感器布置于所述工作台两端行程极限处和所述工作台上。
[0030]进一步地，上有位移传感器通过卡具或磁力表座与机床床身或主轴固连。
[0031]进一步地，上述所述工作台两端行程极限处分别布局有3个所述位移传感器。
[0032]本专利技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0033]1)本专利技术公布的一种机床工作台热特性测试分析方法和系统，结合热致定位误差与位移传感器数据，实现了工作台热特性的测量与分离。
[0034]2)本专利技术公布的一种机床工作台热特性测试分析方法和系统，对工作台热特性进行系统测试与分离，为工作台热误差分析，建模和补偿提供数据基础。
[0035]3)本专利技术公布的一种机床工作台热特性测试分析方法和系统，可以同时完成工作台所处进给轴和工作台的热特性测试。
附图说明
[0036]图1为本专利技术测试分析方法流程图
[0037]图2(a)为本专利技术测试分析系统的主视图；
[0038]图2(b)为本专利技术测试分析系统的俯视图；
[0039]图3为本专利技术涉及的数据自动采集系统示意图；
[0040]图4为本专利技术热特性测试采用的进给程序结构示意图。
[0041]图中：1
‑
机床床身；2
‑
第一位移传感器；3
‑
第二位移传感器；4
‑
第三位移传感器；5
‑
反射镜；6
‑
轴承座；7
‑
丝杠；8
‑
第四位移传感器；9
‑
第五位移传感器；10
‑
第七位移传感器；11
‑
第六位移传感器；12
‑
干涉镜；13
‑
工作台；14
‑
电机座；15
‑
进给轴电机；16
‑
第八位移传感器；17
‑
第九位移传感器；18
‑
第十位移传感器；19
‑
激光干涉仪；20
‑
螺母座。
具体实施方式
[0042]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0043]下面以三轴立式加工中心为例，结合附图对本专利技术的实时方案进行说明。
[0044]如图1所示的机床工作台热特性测试分析方法，包括如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机床工作台热特性测试分析方法，其特征在于，包括：S1：首先布置温度传感器和位移传感器，再对激光干涉仪调光；S2：执行定位误差采集程序，定位误差数据测量与记录；S3：激活位移传感器测量干涉仪触发采集；工作台往复运动热机，采集误差；S4：温度达到稳态之前，依次重复步骤S2与步骤S3直至达到稳态，切换其他工况条件继续测试到实验结束；S5：数据分析得出机床工作台热特性情况。2.根据权利要求1所述的机床工作台热特性测试分析方法，其特征在于，所述步骤S1具体是：在靠近热源进给轴螺母、轴承座、电机座处布置温度传感器；在工作台表面均匀布置温度传感器；在工作台X、Y、Z三个方向上布置高精度非接触式位移传感器；搭建激光干涉仪测量系统，确保在全行程进给中激光干涉仪正常使用。3.根据权利要求1所述的机床工作台热特性测试分析方法，其特征在于，所述步骤S2具体是：执行定位误差采集程序，将进给行程分为均匀的多个测量点，往返一个行程，分段进给，每移动至一个测量点，干涉仪自动采集当前定位误差，位移传感器根据当前轴位置，在测量区域内启动测量并记录数据，记为第i次数据测量结果，i＝0表示机床初始状态。4.根据权利要求1所述的机床工作台热特性测试分析方法，其特征在于，所述步骤S3具体是：工作台在行程内往复运动2～5次，模拟加工中的生热阶段；而后继续执行步骤2完成定位误差数据与工作台热变形数据采集。5.根据权利要求1所述的机床工作台热特性测试分析方法，其特征在于，所述步骤S5具体是：位移传感器所采集工作台的位移量包含工作台热变形和移动轴生热导致的定位误差，将两种误差分离；对Y向和Z向，热致定位误差...

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，李文强，李艳，范嘉博，王旭辉，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：