[实用新型]带有热伸长补偿结构的旋转轴进给装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及数控机床领域，特别涉及一种带有热伸长补偿结构的旋转轴进给装置。

背景技术

机床正朝着高速、高精的方向发展，机床在使用过程中，会产生热误差。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。

镗轴组件作为数控机床的关键部件，受热产生的热变形误差较大，尤其是在镗轴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。如在镗轴上安装铣刀，进行较大斜面或平面的铣削，由于两次铣削间隔时间较长，镗轴在这段时间内的热伸长量较大，将会产生较为明显的接刀痕，使得铣削平面的平面度较差，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，针对镗轴由于受温度场变化而导致的热伸缩变形，在现有条件下其热伸长量不可测、也不可控，还没有有效的预防与解决措施，主要还是控制生热以及对机床进行预热以均衡温度场的方式加以改善。但由于上述方式作用有限，不能彻底解决镗轴的热伸长问题，并且镗轴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。

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镗轴的热伸长进行修正、补偿。

实用新型内容

鉴于现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种带有热伸长补偿结构的旋转轴进给装置，其特征在于，包括：

具有周向地形成于外圆面的对称的槽的镗轴，所述槽沿着所述镗轴的轴向延伸分布；

套设于所述镗轴的外圆面且位于所述槽内的检测元件，所述检测元件的一端和所述槽固定连接以形成固定端，另一端形成自由端，所述检测元件受热时基本不变形；

设置于所述镗轴外圆面靠近所述检测元件的自由端一侧的传感器元件；

所述镗轴受热变形时，所述检测元件的固定端被所述镗轴带动产生轴向位移，所述传感器元件能够获知所述检测元件自由端的位移量。

在本实用新型的一些实施方式中，所述检测元件包括：

套设于所述镗轴且处于所述槽内的检测杆，所述检测杆的一端固定连接在所述槽内以形成固定端，所述检测杆的另一端由所述槽伸出以形成自由端；

套设于所述镗轴且和所述检测杆的自由端连接的检测盘；

所述传感器元件设置于所述镗轴外圆面靠近所述检测盘的位置，以使得所述检测杆的固定端被所述镗轴带动产生轴向位移，所述传感器元件能够获知所述检测盘的位移量。

在本实用新型的一些实施方式中，所述检测杆和所述镗轴小间隙配合。

在本实用新型的一些实施方式中，所述的带有热伸长补偿结构的旋转轴进给装置包括：

和所述镗轴关联的滚珠丝杠；

和外部驱动单元关联的滚珠丝杠螺母，随着所述滚珠丝杠螺母的旋转，所述滚珠丝杠能够直线运动；

所述传感器元件获取所述检测元件的自由端的位移量后，所述滚珠丝杠螺母被所述驱动单元驱动，促使所述滚珠丝杠带动所述镗轴向着所述自由端位移的反方向等量补偿运动。

在本实用新型的一些实施方式中，所述镗轴和所述滚珠丝杠通过角接触轴承连接，以使得二者之间的直线运动相互关联，二者之间的旋转运动相互独立。

在本实用新型的一些实施方式中，所述滚珠丝杠具有中空的内腔；所述进给装置还包括：

设置于所述滚珠丝杠内腔的拉刀杆；

所述拉刀杆和所述镗轴相关联，以使其能够随着镗轴旋转；

所述拉刀杆和所述滚珠丝杠通过无内圈的滚针轴承连接，以使得二者之间保持独立的旋转运动。

本实用新型提供带有热伸长补偿结构的进给装置的传感器元件与数控系统相连接，数控系统中的PLC控制器采集传感器元件获取的位移量值，并换算为镗轴热伸长的补偿值，进而控制驱动系统驱动镗轴进行相应的反向运动，以保证零件机械加工的精度及质量。

本实用新型的检测杆热膨胀系数比镗轴的热膨胀系数低得多，比如低于后者的十分之一，检测杆可由因瓦合金制成。

镗轴增开两个T型安装槽后，需要校核其强度和刚度是否满足使用要求，通过有限元分析计算，在同样承受1000Nm载荷情况下，增加T型槽前后镗杆的最大变形量分别为0.047mm和0.049mm，二者相差在5％以内，可满足使用要求。