[发明专利]一种机床温度测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及机床温度测量领域，尤其是涉及一种用于机床的可自供电的机床温度测量装置。

背景技术

数控机床的加工精度是衡量数控机床工作性能的重要指标，大量的研究表明，热误差是数控机床等精密加工机械的最大误差源，占总误差的70％左右，而对于超精密数控机床而言，甚至达到近90％。由于数控机床在加工过程中不可避免地存在内外部热源，特别是内部热源，必然导致热变形误差的产生。因而对数控机床热态特性进行监控，根据其温度变化，进行相应的变形补偿，控制其加工过程中热变形影响就显得非常重要。

目前对机床进行热态特性进行监控，主要通过在机床的一些热源表面布置一系列的温度传感器采集机床各位置的温度场分布。

常规方式是通过将热电偶粘附在待测位置表面，或者在待测位置预留一些测量孔，通过带有螺纹的热电偶固定在待测表面实现对待测位置的温度测量。对于将热电偶粘附在待测位置表面，由于机床表面通常为金属材料，金属材料与温度传感器的粘附强度不高，因而无法对一些运动部件的热特性进行监控，同时，粘附固定方式不易拆除，存在着技术缺陷。对于采用预留孔的方式固定热电偶，则需要破坏机床结构，容易对机床的动态特性、稳定性等造成影响。

此外，这两种方式固定热电偶测量机床表面的温度易受外部环境影响，测量结果波动大，不能如实反映机床表面的温度变化。如当机床Z轴带着主轴进给时，主轴表面和空气有相对运动，机床Z轴带着主轴运动到不同位置时，该位置的环境温度也有一定的波动，这些因素都会对主轴表面的温度测量造成影响，导致主轴表面测点温度不停地波动，其波动幅度在0.3～1℃。即使是高档精密主轴，其热伸长仍达10μm/℃，因而0.3℃的温度波动，也会导致补偿量偏差3μm，直接影响机床的加工精度。

机床温度监控的连线都采用有线连接方式。有线连接方式容易对机床的运动造成影响，在机床运动时容易将连接线拉断或造成连接线内部断裂，直接导致温度监控失效。而现有的采用无线通讯方式的温度传感器体积较大，无法稳定地固定到机床的运动部件上，特别是当运动部件高速进给的时候，也不适宜用到机床热特性监控中去。

在现有的机床温度检测中也无法保证温度传感器与待测点的接触力，由于不同接触面间存在接触热阻，因此，如果温度传感器与待测点间无法保证一定的压力，就会使得两接触面间的热阻过大，温度传感器与待测点间就会存在温度梯度，从而导致所测量的温度准确度较差。

发明内容

本发明提供了一种测量安装方便、测量精确的机床温度测量装置。

一种机床温度测量装置，包括用于采集机床温度的温度传感器、用于处理该温度传感器输出信号的调理电路以及电源，设有用于封装所述的温度传感器的真空绝热套，该真空绝热套通过磁性连接件固定在机床上。

由于所述的真空绝热套通过磁性连接件固定在机床上，因此所述的机床对应的部位的材质应该是与所述的磁性连接件能够相互作用，一般为金属材质，由于温度传感器位于真空绝热套内部，因此，当采集机床温度时，真空绝热套应该固定在机床温度的温度采集点处。通过真空绝热套来避免周边环境温度变化对温度传感器的影响，从而实现待测表面温度的精确测量。

所述的温度传感器为热敏电阻。在本发明中，热敏电阻相对于热电偶，更能满足本发明机床温度测量装置结构上的要求，具有更好的检测精确度。由于热电偶是通过两接点温度不同在电路中产生不同的温差电势来达到测量的目的，其测量温度范围较大，可以根据不同的需要进行选择，适用在本发明中，热电偶的测量精度不如热敏电阻。

所述的真空绝热套主要用于避免环境温度波动时造成机床待测表面温度的波动，影响温度补偿效果。通过真空绝热套将温度传感器置于和环境温度绝热的条件下，实现对机床待测表面温度的准确测量。真空绝热套为双层结构，夹层为真空，并涂以反射材料，避免环境温度的干扰。作为优选，所述的真空绝热套为圆筒形，以方便将其安装在磁性连接件、热电发电模块和散热片中，并且也方便真空绝热套内各元器件的集成安装。

所述的磁性连接件用于与机床待测表面固定连接，磁性连接件的材料可采用磁钢等，具体选用主要由钕铁硼金属合金构成的磁钢，由该材料制成的磁性连接件的磁性强，即使测量机床的运动部位，本发明机床温度测量装置也能够牢固地吸附于待测表面，对于圆弧形待测表面，如机床的主轴表面，磁性连接件可制作为圆弧形，便于更好地与待测表面紧密贴合，从而将本发明机床温度测量装置更好地固定在机床待测表面上。