[发明专利]数控机床用加工主轴的温度补偿系统及其方法

权利要求书

1.一种数控机床用加工主轴的温度补偿系统，应用于一数控机床，所述数控机床可为五轴数控机床，其包含床身、主轴箱和数控机床主控单元，所述主轴箱内设有加工组件以对工件进行加工，所述数控机床主控单元连接至各驱动电机以实现加工组件在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的进给，其特征在于：

所述加工组件包含支架、主轴以及驱动主轴，所述主轴贯穿于支架且通过两端的轴承旋转支撑于支架，所述主轴的头部设有加工头，其中，所述温度补偿系统还包含控制组件、加工头定位组件和至少一检测单元，所述控制组件连接于加工头定位组件、至少一检测单元以及数控机床主控单元，所述至少一检测单元的对加工组件进行温度检测，以获得温度信号后发送给控制组件，所述加工头定位组件对加工头相对位置进行检测，以获得加工头的位置信号并发送给控制组件，所述控制组件接受到温度信号后产生补偿数据并将该补偿数据发送给数控机床主控单元，同时接收到位置信号后产生实时位置数据发送给数控机床主控单元，所述数控机床主控单元接受该补偿数据以及实时位置数据，并根据初始进给数据和补偿数据进行实时调节，以对温度产生的热误差以及运动误差进行补偿；

所述至少一检测单元至少包含位于支架内缘以对所述主轴的温度进行检测的主轴温度检测单元以及对两端轴承温度进行检测的轴承温度检测单元，还包含设置于加工头内对加工头进行温度的加工头温度检测单元，各温度检测单元与温度数据采集单元连接，所述温度数据采集单元与控制组件连接，从而实时传输测量得到的关键测点的温度值；

所述加工头定位组件为激光定位组件，所述激光定位组件包含位于加工头上的激光发射单元和位于主轴箱上的激光接受单元，通过激光发射单元和激光接收单元的相对移动得到加工头的偏移量；

所述控制组件包含数据存储模块、信号接收模块、温度补偿模块、实时位置模块以及信号发送模块，所述控制组件内存有初始数据，该初始数据包含了主轴温度、轴承温度和加工头温度与X、Y、Z三个运动方向上的补偿数据，所述信号接收模块接收温度信号以及位置信号，所述温度补偿模块将主轴温度、轴承温度和加工头温度对应所述初始数据后得到X、Y、Z三个运动方向上的补偿量，所述实时位置模块将位置信号转化为实时位置数据，所述信号发送模块将所述补偿量以及实时位置数据发送给所述数控机床主控单元。

2.如权利要求1所述的数控机床用加工主轴的温度补偿系统，其特征在于：所述床身的一侧上方设有工件台，所述工件台的中间设有通过工件旋转轴可调角度固定于工件台上的工件安装部，所述工件安装部为可旋转固定的安装部。

3.如权利要求2所述的数控机床用加工主轴的温度补偿系统，其特征在于：所述床身另一侧上方设有两平行设置的X轴导轨和在X轴导轨上滑动的X轴滑动台，所述两X轴导轨之间设有X轴驱动螺杆和X轴驱动电机，所述X轴滑动台上设有两平行设置的Y轴导轨和在Y轴导轨上滑动的Y轴滑动台，所述两Y轴导轨之间设有Y轴驱动螺杆和Y轴驱动电机，所述Y轴滑动台上设有两平行设置的Z轴导轨和在Z轴导轨上滑动的Z轴滑动台，所述两Z轴导轨之间设有Z轴驱动螺杆和Z轴驱动电机，所述Z轴滑动台上设有主轴箱。

4.一种数控机床用加工主轴的温度补偿方法，依据如权利要求1-3中任一所述的数控机床用加工主轴的温度补偿装置实现的，其特征在于，该温度补偿方法包含如下步骤：

步骤一：初始数据采集，从而得到温度信号的补偿量；

步骤二：在加工过程中分别采集各点的温度信号以及加工头的实时位置数据，并将各点的温度信号根据初始数据转换为补偿数据；

步骤三：根据补偿数据以及加工头的实时位置数据对初始进给数据进行补偿，以实时调整加工头的切削进给量，从而有效对加工过程中的热误差和运动误差进行补偿。