[发明专利]数控机床用加工主轴的温度补偿系统及其方法

说明书

一种数控机床用加工主轴的温度补偿系统及其方法，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，通过检测单元的对加工组件进行温度检测，以获得温度信号后产生补偿数据，同时对加工头检测位置信号后产生实时位置数据，依据补偿数据、实时位置数据进行实时调节，以对温度产生的热误差以及运动误差进行补偿。

技术领域

本发明涉及数控机床补偿的技术领域，尤其涉及一种数控机床用加工主轴的温度补偿系统及其方法。

背景技术

精密和超精密加工技术已成为现代机械制造中最重要的组成部分和发展方向，并成为提高国际竞争能力的关键技术。数控机床作为机械制造中的重要工具，它的精度指标是影响工件加工精度的重要因素。然而，由于数控机床存在着几何误差(由机床本身制造、装配缺陷造成的误差)、热误差(由机床温度变化而引起热变形造成的误差)、切削力引起的误差和刀具磨损产生的误差等众多误差元素，严重影响了数控机床的加工精度。研究表明：机床的几何误差、热误差引起的误差约占机床总误差的70％，所以数控机床几何误差和热误差的补偿对提高机床加工精度具有重大意义。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种数控机床用加工主轴的温度补偿系统及其方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数控机床用加工主轴的温度补偿系统及其方法,能对加工过程中的热误差和运动误差进行补偿，有效提高的加工精度。

为解决上述问题，本发明公开了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。

其中：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。

其中：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。

其中：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。