[实用新型]数控机床滑枕热伸长变形误差实时在线检测与闭环反馈补偿装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于数控机床滑枕热伸长变形误差实时在线检测与闭环反馈补偿装置，具体地说，是用在机械加工领域中数控机床上的热误差检测与补偿机械装置。属于精密加工机床技术领域。

背景技术

机床在使用过程中，各运动部件之间由于摩擦会产生大量的热量，同时机床和外界环境也会发生热交换，这样就会引起各部件的热膨胀，在各种约束的作用下，最终导致各运动部件位置和姿态的不精确，从而产生热误差。热误差在机床整个误差中占有相当大的比重，研究表明：在精密加工中热变形引起的加工误差占总加工误差的40~70%，成为影响机床加工精度最主要的因素之一，目前已成为国内外研究的热点。尤其对于重型数控机床，因其质量和惯量大，驱动系统所需功率较大，零部件发热较为严重，产生较为明显的热变形，进而形成较大的热误差，严重制约数控机床精度的提高。滑枕组件作为重型数控机床的关键部件，很大程度上制约着机床精度的提高。因受进给系统发热、主变速箱中各轴系和主轴的高速旋转生热的影响，滑枕将会产生较大的热变形，特别是在轴向进给方向的热伸长误差更为明显，严重影响机床的加工精度、稳定性和应用范围。如在铣削较大平面时，由于两次铣削间隔时间较长，滑枕在这段时间内的热伸长较大，目前在现有条件下其热伸长量不可测、也不可控，将会产生较为明显的接刀痕，使得铣削的平面不符合零件的加工工艺要求，导致较高的废品率，成为各主机厂商亟需解决的关键问题之一。

目前，针对滑枕由于受温度场变化而导致的热伸缩变形，还没有有效的预防与解决措施，主要还是采用误差防止的办法，比如通过优化改进机床结构设计或者增加冷却装置使滑枕温度降低，亦或通过在加工前用空行程预热以均衡温度场的方式加以改善。但由于冷却套装置的作用有限，不能彻底解决滑枕的热伸长问题，并且滑枕的热伸长误差大小将随着工作状态和环境温度等条件的改变而变化，而预热到热稳态又需要很长的时间。因此，在当前高精度数控机床需求日益增大的前提下，需要寻求适当的方法来对机床滑枕的定位误差进行实时在线检测，并将检测值实时反馈给数控系统，以控制滑枕的伺服进给装置进行与热伸长误差相反方向的运动，实现滑枕定位误差的补偿，从而使机床的精度得以提高。

对于滑枕热伸长误差的补偿，谷丹等在专利 《一种用于数控机床滑枕热变形补偿的控制方法以及实施此方法的装置》（申请号201010595650.7）中公开了一种用于数控机床滑枕热变形补偿的控制方法以及实施此方法的装置，该方法通过在滑枕上安装的低膨胀系数的检测杆和微位移传感器，将滑枕的热伸长误差值检测出来，并将其转化成补偿脉冲信号，通过数控系统提供的手持单元接口输入给数控系统，从而实现补偿。这种控制方法及其实现装置，不但需要数控系统具有比较完善和复杂的信号通讯硬件接口及其实现装置，以及要求实施补偿者具有专业的数控知识与经验，而且还需要额外的位移传感器来检测热变形误差信号，并外挂脉冲发生补偿器，位移传感器因其精度、稳定性和抗干扰能力的限制，特别是在工业现场环境下，其输出跳动比较大，再加上后期的脉冲转换电路及数据通讯的作用，不仅增加了成本，而且也增加了系统的复杂性，最终导致补偿效果不是十分理想，在实际应用中受到了一定的限制。

发明内容

本实用新型目的在于解决背景技术中所存在的现有技术问题，本实用新型一种专门用于消除滑枕热伸长变形对机床加工精度影响的实时在线检测与闭环反馈补偿装置，该装置应用后，能够将数控机床特别是重型数控机床由于滑枕的热伸长变形而导致的加工误差大大降低，确保实现机床预定的控制精度，同时系统具有补偿过程平稳，受外界干扰较小的特点。

本实用新型用于数控机床滑枕热伸长变形误差实时在线检测与闭环反馈补偿的装置技术方案是：装置由实时在线检测和实时闭环反馈补偿两大部分组成，主要包括检测杆（2）的前端固定于滑枕（1）上，与检测杆（2）后端相固连的光栅尺读数头安装座（15）、光栅尺读数头（16）以及固定安装在滑枕座上的光栅尺定尺（17），并借助数控系统的现有闭环反馈功能，实现滑枕热伸长变形误差的实时在线检测与补偿。