數(shù)控機(jī)床滑枕熱伸長變形誤差實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與閉環(huán)反饋補(bǔ)償裝置及檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明是用于數(shù)控機(jī)床滑枕熱伸長變形誤差實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與閉環(huán)反饋補(bǔ)償?shù)难b置及檢測(cè)方法。其特征在于：裝置由實(shí)時(shí)在線檢測(cè)和實(shí)時(shí)閉環(huán)反饋補(bǔ)償兩大部分組成，主要包括前端固定于滑枕上的檢測(cè)桿，與檢測(cè)桿后端相固連的光柵尺讀數(shù)頭安裝座、光柵尺讀數(shù)頭以及固定安裝在滑枕座上的光柵尺定尺，并借助數(shù)控系統(tǒng)的現(xiàn)有閉環(huán)反饋功能，實(shí)現(xiàn)滑枕熱伸長變形誤差的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與補(bǔ)償。本發(fā)明裝置及檢測(cè)方法應(yīng)用后能夠?qū)?shù)控機(jī)床由于滑枕的熱變形而導(dǎo)致的加工誤差大大降低，確保實(shí)現(xiàn)機(jī)床預(yù)定的控制精度，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【專利說明】數(shù)控機(jī)床滑枕熱伸長變形誤差實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與閉環(huán)反饋補(bǔ)償裝置及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于數(shù)控機(jī)床滑枕熱伸長變形誤差實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與閉環(huán)反饋補(bǔ)償裝置及檢測(cè)方法，具體地說，是用在機(jī)械加工領(lǐng)域中數(shù)控機(jī)床上的熱誤差檢測(cè)與補(bǔ)償機(jī)械裝置。屬于精密加工機(jī)床【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)床在使用過程中，各運(yùn)動(dòng)部件之間由于摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱量，同時(shí)機(jī)床和外界環(huán)境也會(huì)發(fā)生熱交換，這樣就會(huì)引起各部件的熱膨脹，在各種約束的作用下，最終導(dǎo)致各運(yùn)動(dòng)部件位置和姿態(tài)的不精確，從而產(chǎn)生熱誤差。熱誤差在機(jī)床整個(gè)誤差中占有相當(dāng)大的比重，研究表明:在精密加工中熱變形引起的加工誤差占總加工誤差的4(T70%，成為影響機(jī)床加工精度最主要的因素之一，目前已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。尤其對(duì)于重型數(shù)控機(jī)床，因其質(zhì)量和慣量大，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所需功率較大，零部件發(fā)熱較為嚴(yán)重，產(chǎn)生較為明顯的熱變形，進(jìn)而形成較大的熱誤差，嚴(yán)重制約數(shù)控機(jī)床精度的提高。滑枕組件作為重型數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，很大程度上制約著機(jī)床精度的提高。因受進(jìn)給系統(tǒng)發(fā)熱、主變速箱中各軸系和主軸的高速旋轉(zhuǎn)生熱的影響，滑枕將會(huì)產(chǎn)生較大的熱變形，特別是在軸向進(jìn)給方向的熱伸長誤差更為明顯，嚴(yán)重影響機(jī)床的加工精度、穩(wěn)定性和應(yīng)用范圍。如在銑削較大平面吋，由于兩次纟先削間隔時(shí)間較長，滑枕在這段時(shí)間內(nèi)的熱伸長較大，目前在現(xiàn)有條件下其熱伸長量不可測(cè)、也不可控，將會(huì)產(chǎn)生較為明顯的接刀痕，使得銑削的平面不符合零件的加工エ藝要求，導(dǎo)致較高的廢品率，成為各主機(jī)廠商亟需解決的關(guān)鍵問題之一。
[0003]目前，針對(duì)滑枕由于受溫度場(chǎng)變化而導(dǎo)致的熱伸縮變形，還沒有有效的預(yù)防與解決措施，主要還是采用誤差防止的辦法，比如通過優(yōu)化改進(jìn)機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或者増加冷卻裝置使滑枕溫度降低，亦或通過在加工前用空行程預(yù)熱以均衡溫度場(chǎng)的方式加以改善。但由于冷卻套裝置的作用有限，不能徹底解決滑枕的熱伸長問題，并且滑枕的熱伸長誤差大小將隨著工作狀態(tài)和環(huán)境溫度等條件的改變而變化，而預(yù)熱到熱穩(wěn)態(tài)又需要很長的時(shí)間。因此，在當(dāng)前高精度數(shù)控機(jī)床需求日益増大的前提下，需要尋求適當(dāng)?shù)姆椒▉韺?duì)機(jī)床滑枕的定位誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，并將檢測(cè)值實(shí)時(shí)反饋給數(shù)控系統(tǒng)，以控制滑枕的伺服進(jìn)給裝置進(jìn)行與熱伸長誤差相反方向的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑枕定位誤差的補(bǔ)償，從而使機(jī)床的精度得以提聞。
[0004]對(duì)于滑枕熱伸長誤差的補(bǔ)償，谷丹等在專利《一種用于數(shù)控機(jī)床滑枕熱變形補(bǔ)償?shù)目刂品椒ㄒ约皩?shí)施此方法的裝置》(申請(qǐng)?zhí)?01010595650.7)中公開了ー種用于數(shù)控機(jī)床滑枕熱變形補(bǔ)償?shù)目刂品椒ㄒ约皩?shí)施此方法的裝置，該方法通過在滑枕上安裝的低膨脹系數(shù)的檢測(cè)桿和微位移傳感器，將滑枕的熱伸長誤差值檢測(cè)出來，并將其轉(zhuǎn)化成補(bǔ)償脈沖信號(hào)，通過數(shù)控系統(tǒng)提供的手持単元接ロ輸入給數(shù)控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。這種控制方法及其實(shí)現(xiàn)裝置，不但需要數(shù)控系統(tǒng)具有比較完善和復(fù)雜的信號(hào)通訊硬件接ロ及其實(shí)現(xiàn)裝置，以及要求實(shí)施補(bǔ)償者具有專業(yè)的數(shù)控知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，而且還需要額外的位移傳感器來檢測(cè)熱變形誤差信號(hào)，并外掛脈沖發(fā)生補(bǔ)償器，位移傳感器因其精度、穩(wěn)定性和抗干擾能力的限制，特別是在エ業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下，其輸出跳動(dòng)比較大，再加上后期的脈沖轉(zhuǎn)換電路及數(shù)據(jù)通訊的作用，不僅增加了成本，而且也増加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，最終導(dǎo)致補(bǔ)償效果不是十分理想，在實(shí)際應(yīng)用中受到了一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于解決【背景技術(shù)】中所存在的現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明ー種專門用于消除滑枕熱伸長變形對(duì)機(jī)床加工精度影響的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與閉環(huán)反饋補(bǔ)償裝置及其檢測(cè)方法，該裝置應(yīng)用后，能夠?qū)?shù)控機(jī)床特別是重型數(shù)控機(jī)床由于滑枕的熱伸長變形而導(dǎo)致的加工誤差大大降低，確保實(shí)現(xiàn)機(jī)床預(yù)定的控制精度，同時(shí)系統(tǒng)具有補(bǔ)償過程平穩(wěn)，受外界干擾較小的特點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明用于數(shù)控機(jī)床滑枕熱伸長變形誤差實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與閉環(huán)反饋補(bǔ)償?shù)难b置技術(shù)方案是:裝置由實(shí)時(shí)在線檢測(cè)和實(shí)時(shí)閉環(huán)反饋補(bǔ)償兩大部分組成，主要包括檢測(cè)桿
(2)的前端固定于滑枕(I)上，與檢測(cè)桿(2)后端相固連的光柵尺讀數(shù)頭安裝座(15)、光柵尺讀數(shù)頭(16)以及固定安裝在滑枕座上的光柵尺定尺(17)，并借助數(shù)控系統(tǒng)的現(xiàn)有閉環(huán)反饋功能，實(shí)現(xiàn)滑枕熱伸長變形誤差的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與補(bǔ)償。
[0007]所述裝置由固定在滑枕(I)上的的檢測(cè)桿(2)、固定螺釘(3)、墊圈(4)、(6)、(8)、(10)、支撐螺釘(5)、(7)、(9)、連接螺釘(11)、(12)、(13)、(14)、光柵尺讀數(shù)頭安裝座(15)、光柵尺讀數(shù)頭(16)以及用于閉環(huán)反饋的光柵尺定尺(17)和光柵尺緊固螺釘(18)共同構(gòu)成；其中，所述緊固螺釘(3)將檢測(cè)桿(2)與滑枕(I)在前端固定連接；所述墊圈(4)、(6)、
[8]、(10)將檢測(cè)桿(2)與滑枕(I)隔開以減小接觸面積從而減小摩擦力；所述支撐螺釘
(5)、(7)、(9)用于限制檢測(cè)桿(2)沿垂直于桿長方向的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)保證檢測(cè)桿(2)沿檢測(cè)桿(2)長方向可自由運(yùn)動(dòng)；所述`連接螺釘(11)、(13)用于將檢測(cè)桿(2)與光柵尺讀數(shù)頭安裝座(15)固連在一起；所述連接螺釘(12)、( 14)用于將光柵尺讀數(shù)頭安裝座(15)與光柵尺讀數(shù)頭(16)固連在一起。
[0008]所述的檢測(cè)桿(2)采用熱膨脹系數(shù)極小的因瓦合金材料，檢測(cè)桿(2)前端與滑枕
(I)的前端通過緊固螺釘(3)固連在一起，檢測(cè)桿(2)后端與光柵尺讀數(shù)頭安裝座(15)通過連接螺栓(11)、( 13 )固連在一起，檢測(cè)桿(2 )除在前端固定點(diǎn)之外，可相對(duì)于滑枕(I)在軸向進(jìn)行自由相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而在垂直于軸向方向的運(yùn)動(dòng)被限制，保證檢測(cè)桿(2)與光柵尺讀數(shù)頭安裝座(15)同步運(yùn)動(dòng)。
[0009]所述的檢測(cè)桿(2)的中間部分開有鍵槽，通過支撐螺釘(5)、(7)、(9)可以增強(qiáng)其剛性，同時(shí)又能保證檢測(cè)桿(2)相對(duì)于滑枕(I)僅作桿長方向的運(yùn)動(dòng)，而不作垂直于桿長方向的運(yùn)動(dòng)。
[0010]所述的因瓦合金為鎳鋼合金，俗稱殷鋼，不變鋼，其熱膨脹系數(shù)約為1.2X 10-6/°C,相對(duì)于滑枕材料——鑄鐵來說非常小，可認(rèn)為是零。
[0011]所述的光柵尺讀數(shù)頭(16)固定在與滑枕在前端相互固連的檢測(cè)桿(2)的后端，光柵尺定尺(17)固定在滑枕座(則支撐滑枕的裝置)上。
[0012]一種用于數(shù)控機(jī)床滑枕熱伸長變形誤差實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與閉環(huán)反饋補(bǔ)償?shù)难b置檢測(cè)方法，其特征在于，通過在滑枕(I) 一角處開槽，槽內(nèi)安裝檢測(cè)桿(2);檢測(cè)桿(2)的前端通過固定螺釘(3)與滑枕(I)剛性連接在一起，檢測(cè)桿(2)的后端通過連接螺栓和光柵尺讀數(shù)頭安裝座(15)與光柵尺讀數(shù)頭(16)形成剛性連接；在限制檢測(cè)桿(2)沿垂直于桿長方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，保證檢測(cè)桿(2)可沿桿長方向自由運(yùn)動(dòng)，為減小相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力，在檢測(cè)桿(2)和滑枕(I)之間加裝了墊圈(4)、(6)、(8)、(10)。
[0013]所述的光柵尺讀數(shù)頭(16)通過光柵尺讀數(shù)頭安裝座(15)以及連接螺釘(11)、
(12)、(13)、(14)固連于檢測(cè)桿(2)上，當(dāng)滑枕(I)產(chǎn)生熱變形時(shí)，通過檢測(cè)桿(2)將變形量傳遞給光柵尺讀數(shù)頭(16)，光柵尺讀數(shù)頭(16)感知到滑枕(I)的熱伸長變形后，反饋給數(shù)控系統(tǒng)，控制伺服進(jìn)給電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，使整個(gè)滑枕系統(tǒng)向滑枕(I)熱伸長變形的反方向運(yùn)動(dòng)，完成滑枕(I)熱伸長變形誤差的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與閉環(huán)反饋補(bǔ)償，讓滑枕(I)前端的精度不受滑枕熱伸長變形的影響，保證機(jī)床的加工精度。
[0014]所述的補(bǔ)償是通過數(shù)控系統(tǒng)的閉環(huán)反饋功能，即系統(tǒng)的“伺服”功能來自動(dòng)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)?，而不需要額外的補(bǔ)償控制裝置。
[0015]由于采取上述方案，作為熱位移傳遞的檢測(cè)桿一端固定在滑枕前端側(cè)面，另一端自由伸展且其尾部與光柵尺讀數(shù)頭剛性連接。當(dāng)滑枕受熱引起前端軸向伸長量為Az吋，滑枕帶動(dòng)檢測(cè)桿一起移動(dòng)，檢測(cè)桿的另一端以及光柵尺讀數(shù)頭在理想情況下也會(huì)在軸向移動(dòng)Az長度，當(dāng)Az達(dá)到光柵尺的分辨率時(shí)，光柵尺系統(tǒng)感知到這ー相對(duì)位移量Aも即為滑枕熱伸縮量的大小，將這一位移量實(shí)時(shí)閉環(huán)反饋給數(shù)控系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)控制滑枕伺服進(jìn)給系統(tǒng)，使得光柵尺讀數(shù)頭始終位于系統(tǒng)指令位置，從而保證滑枕前端面的定位精度。
[0016]本發(fā)明有益效果是:實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床滑枕熱伸長變形的實(shí)時(shí)在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)，并直接通過數(shù)控系統(tǒng)的位置閉環(huán)反饋系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，能夠?qū)?shù)控機(jī)床由于滑枕的熱伸長變形而導(dǎo)致的加工誤差大大降低，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明。
[0018]圖1是本發(fā)明所屬用于滑枕熱伸長變形誤差實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與閉環(huán)反饋補(bǔ)償裝置的工作原理框圖。
[0019]圖2是本發(fā)明中所涉及的數(shù)控機(jī)床滑枕(I)部件的外結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3是本發(fā)明用于滑枕熱伸長變形誤差實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與閉環(huán)反饋補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)主視圖。
[0021]圖4是圖3中的G-G方向剖視圖。
[0022]圖5是圖3中的F-F方向剖視圖。
[0023]圖6是圖3中的局部放大視圖1。
[0024]圖7是圖3中的局部放大視圖1I。
[0025]圖8是圖3中的局部放大視圖1II。
[0026]圖9是圖3中的局部放大視圖1V。
[0027]圖10是圖5中的局部放大視圖V。
[0028]圖11是圖4中的局部放大視圖VI。
[0029]圖12是圖4中的局部放大視圖VII。
[0030]圖13是圖4中的局部放大視圖VIII。[0031]圖14是圖4中的局部放大視圖1X。
[0032]圖中1-數(shù)控機(jī)床中的滑枕，2-檢測(cè)桿，3-固定螺釘，4-墊圈，5-支撐螺釘，6-墊圏，7-支撐螺釘，8-墊圈，9-支撐螺釘，10-墊圈，11-連接螺釘，12-連接螺釘，13-連接螺釘，14-連接螺釘，15-光柵尺讀數(shù)頭安裝座，16-光柵尺讀數(shù)頭，17-光柵尺定尺，18-光柵尺緊固螺釘。
【具體實(shí)施方式】
[0033]本發(fā)明用于消除數(shù)控機(jī)床滑枕熱伸長變形誤差影響的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與閉環(huán)反饋補(bǔ)償裝置由實(shí)時(shí)在線檢測(cè)和實(shí)時(shí)閉環(huán)反饋補(bǔ)償兩大部分組成，主要包括前端固定于滑枕上的檢測(cè)桿，與檢測(cè)桿后端相固連的光柵尺讀數(shù)頭安裝座、光柵尺讀數(shù)頭以及固定安裝在滑枕座上的光柵尺定尺，并借助數(shù)控系統(tǒng)的現(xiàn)有閉環(huán)反饋功能實(shí)現(xiàn)滑枕熱伸長變形誤差的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與補(bǔ)償。其具體實(shí)現(xiàn)過程為:
首先，滑枕受熱后發(fā)生伸長變形，帶動(dòng)沒有熱變形的檢測(cè)桿整體向滑枕前端方向運(yùn)
動(dòng)；
其次，檢測(cè)桿通過中間連接裝置帶動(dòng)光柵尺讀數(shù)頭向滑枕前端方向運(yùn)動(dòng)；
再次，光柵尺讀數(shù)頭向滑枕前端運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)量小于光柵尺分辨率時(shí)讀數(shù)頭繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)；當(dāng)運(yùn)動(dòng)量達(dá)到光柵尺分辨率時(shí)，光柵尺系統(tǒng)將感知這ー運(yùn)動(dòng)量即滑枕前端的熱伸長量，并反饋給數(shù)控系統(tǒng)；
最后，數(shù)控系統(tǒng)收到滑枕前端熱伸長變形的信號(hào)后，通過伺服驅(qū)動(dòng)模塊控制伺服進(jìn)給電機(jī)運(yùn)動(dòng)，并通過絲杠螺母副等伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)使滑枕整體向著熱伸長變形的反方向運(yùn)動(dòng)，光柵尺讀數(shù)頭回歸到原來的指令位置，從而保證滑枕前端的定位精度不受滑枕熱伸長變形的影響。
[0034]為實(shí)現(xiàn)上述滑枕熱伸長變形誤差的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，專門設(shè)計(jì)了檢測(cè)桿及其固定與支撐裝置，將滑枕前端的熱伸長變形傳遞到滑枕后端光柵尺讀數(shù)頭的安裝位置，具體包括:熱膨脹系數(shù)極小的檢測(cè)桿，將檢測(cè)桿前端固連在滑枕上的固定螺釘，増加檢測(cè)桿剛性同時(shí)保證檢測(cè)桿沿桿長方向自由運(yùn)動(dòng)、沿垂直于桿長方向約束的支撐螺釘，以及減小檢測(cè)桿與滑枕之間接觸面積的墊圏。
[0035]為實(shí)現(xiàn)上述光柵尺讀數(shù)頭感知滑枕前端熱伸長變形的功能，將光柵尺讀數(shù)頭通過安裝座以及螺釘固連在上述檢測(cè)桿上，從而實(shí)現(xiàn)了光柵尺讀數(shù)頭與滑枕前端熱位移的同
止/J/ o
[0036]為實(shí)現(xiàn)滑枕熱伸長變形的位置閉環(huán)反饋補(bǔ)償功能，需要將光柵尺的定尺安裝在滑枕座(支撐滑枕的裝置)上而不是滑枕上，這樣才能保證滑枕前端受熱后向前運(yùn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)讀數(shù)頭向前運(yùn)動(dòng)，利用數(shù)控系統(tǒng)的閉環(huán)反饋功能，通過伺服進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。
[0037]本發(fā)明通過在滑枕一角處開槽，槽內(nèi)安裝檢測(cè)桿；檢測(cè)桿的前端通過固定螺釘與滑枕剛性連接在一起，后端通過連接螺栓和光柵尺讀數(shù)頭安裝座與光柵尺讀數(shù)頭形成剛性連接；為增加剛性，在檢測(cè)桿中間和后端布置若干支撐螺釘，在限制檢測(cè)桿沿垂直于桿長方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，保證檢測(cè)桿可沿桿長方向自由運(yùn)動(dòng)，為減小相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力，在檢測(cè)桿和滑枕之間加裝了墊圈。通過檢測(cè)桿相當(dāng)于將光柵尺讀數(shù)頭安裝在了滑枕的最前端，若不考慮光柵尺本身的熱膨脹，可認(rèn)為滑枕前端在進(jìn)給方向的位置不受熱膨脹的影響，保證了滑枕在不同熱場(chǎng)中的定位精度。
[0038]如圖1所示，本發(fā)明用于消除數(shù)控機(jī)床滑枕熱伸長變形影響的機(jī)械裝置，其工作原理主要包括兩部分:實(shí)時(shí)在線檢測(cè)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)閉環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)。
[0039]如圖2~14所示。該發(fā)明結(jié)構(gòu)部分主要包括固定于滑枕I上的檢測(cè)桿2 ;緊固螺釘3 ;墊圈4、6、8、10 ;支撐螺釘5、7、9 ;連接螺釘11、12、13、14 ;光柵尺讀數(shù)頭安裝座15 ;光柵尺讀數(shù)頭16 ;光柵尺定尺17 ;光柵尺緊固螺釘18，其中，所述緊固螺釘3將檢測(cè)桿2與滑枕I在前端固定連接；所述墊圈4、6、8、10將檢測(cè)桿2與滑枕I隔開以減小接觸面積從而減小摩擦力；所述支撐螺釘5、7、9用于限制檢測(cè)桿2沿垂直于桿長方向的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)保證檢測(cè)桿2沿桿長方向可自由運(yùn)動(dòng)；所述連接螺釘11、13用于將檢測(cè)桿2與光柵尺讀數(shù)頭安裝座15固連在一起；所述連接螺釘12、14用于將光柵尺讀數(shù)頭安裝座15與光柵尺讀數(shù)頭16固連在一起。
[0040]滑枕I受熱向前端伸長時(shí)，通過緊固螺釘3帶動(dòng)檢測(cè)桿2 —起向前運(yùn)動(dòng)，通過固連在檢測(cè)桿2上的光柵尺讀數(shù)頭安裝座15最終帶動(dòng)光柵尺讀數(shù)頭16向前移動(dòng)，由于檢測(cè)桿2的熱膨脹系數(shù)極小，可認(rèn)為是零即沒有熱變形，因此檢測(cè)桿2的前端與后端的位移量保持一致，亦即光柵尺讀數(shù)頭16與滑枕I前端的熱位移量保持一致，這樣當(dāng)滑枕I的熱伸長變形量小于光柵尺的分辨率時(shí)，滑枕I繼續(xù)發(fā)生熱伸長變形，繼續(xù)帶動(dòng)光柵尺讀數(shù)頭前移，直至達(dá)到光柵尺的分辨率；滑枕I的熱伸長變形量達(dá)到光柵尺的分辨率時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)將檢測(cè)到這一位移變化，并反饋給伺服驅(qū)動(dòng)控制模塊，并發(fā)送相應(yīng)的脈沖信號(hào)來控制伺服進(jìn)給電機(jī)反轉(zhuǎn)，使整個(gè)滑枕系統(tǒng)向后移動(dòng)相同大小的位移量，光柵尺讀數(shù)頭回歸到原來的指令位置，起到補(bǔ)償?shù)淖饔?，保證滑枕前端刀具安裝處不受滑枕熱伸長變形的影響，從而提高其加エ時(shí)的熱態(tài)精度。通過上述檢測(cè)與補(bǔ)償裝置檢測(cè)桿相當(dāng)于將光柵尺讀數(shù)頭安裝在了滑枕的最前端，若不考慮光柵尺本身的熱膨脹，可認(rèn)為滑枕前端在進(jìn)給方向的位置不受熱膨脹的影響，保證了滑枕在不同熱場(chǎng)中的定位精度。該種裝置應(yīng)用后能夠?qū)?shù)控機(jī)床由于滑枕的熱變形而導(dǎo)致的加工誤差大大降低，確保實(shí)現(xiàn)機(jī)床預(yù)定的控制精度，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
`[0041]所述檢測(cè)桿2的材料采用熱膨脹系數(shù)極小的因瓦合金，它是ー種鎳鋼合金，俗稱殷鋼或不變鋼，其熱膨脹系數(shù)約為1.2X 10_6/°C，相對(duì)于滑枕材料——鑄鐵的熱膨脹系數(shù)來說非常小，可認(rèn)為是零。檢測(cè)桿2前端與滑枕I的前端通過緊固螺釘3固連在一起，后端與光柵尺讀數(shù)頭安裝座15通過連接螺栓11、13固連在一起，可相對(duì)于滑枕I在軸向進(jìn)行自由相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而在垂直于軸向方向的運(yùn)動(dòng)則被限制了，從而保證了檢測(cè)桿2與光柵尺讀數(shù)頭安裝座15的同步運(yùn)動(dòng)。
[0042]所述檢測(cè)桿2的中間部分開有鍵槽，通過支撐螺釘5、7、9可以增強(qiáng)其剛性，同時(shí)又能保證檢測(cè)桿2相對(duì)于滑枕I僅作檢測(cè)桿2長方向的運(yùn)動(dòng)，而不作垂直于桿長方向的運(yùn)動(dòng)。
[0043]所述光柵尺讀數(shù)頭16通過光柵尺讀數(shù)頭安裝座15以及連接螺釘11、12、13、14固連于檢測(cè)桿2上，當(dāng)滑枕I產(chǎn)生熱變形時(shí)，通過檢測(cè)桿2將變形量傳遞給光柵尺讀數(shù)頭16，光柵尺定尺系統(tǒng)感知滑枕I的熱伸長變形后，反饋給數(shù)控系統(tǒng)，控制伺服進(jìn)給電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，使整個(gè)滑枕系統(tǒng)向滑枕I熱伸長變形的反方向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)滑枕I熱伸長變形誤差的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與閉環(huán)反饋補(bǔ)償，保證滑枕I前端的精度不受滑枕熱伸長變形的影響，最終保證機(jī)床的加工精度。[0044]本發(fā)明用于消除數(shù)控機(jī)床滑枕熱伸長變形影響的機(jī)械裝置，經(jīng)過試驗(yàn)證明，能夠有效減少數(shù)控機(jī)床的滑枕隨溫度變化導(dǎo)致伸縮變形所產(chǎn)生的加工誤差，達(dá)到預(yù)定的機(jī)床控制精度，同時(shí)補(bǔ)償過程平穩(wěn)、可靠，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【權(quán)利要求】
1.一種用于數(shù)控機(jī)床滑枕熱伸長變形誤差實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與閉環(huán)反饋補(bǔ)償?shù)难b置，其特征在于:裝置由實(shí)時(shí)在線檢測(cè)和實(shí)時(shí)閉環(huán)反饋補(bǔ)償兩大部分組成，主要包括檢測(cè)桿(2)的前端固定于滑枕(I)上，與檢測(cè)桿(2)后端相固連的光柵尺讀數(shù)頭安裝座(15)、光柵尺讀數(shù)頭(16)以及固定安裝在滑枕座上的光柵尺定尺(17)，并借助數(shù)控系統(tǒng)的現(xiàn)有閉環(huán)反饋功能，實(shí)現(xiàn)滑枕熱伸長變形誤差的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，裝置由固定在滑枕(I)上的的檢測(cè)桿(2)、固定螺釘(3)、墊圈(4)、(6)、(8)、(10)、支撐螺釘(5)、(7)、(9)、連接螺釘(11)、(12)、(13)、(14)、光柵尺讀數(shù)頭安裝座(15)、光柵尺讀數(shù)頭(16)以及用于閉環(huán)反饋的光柵尺定尺(17)和光柵尺緊固螺釘(18)共同構(gòu)成；其中，所述緊固螺釘(3)將檢測(cè)桿(2)與滑枕(I)在前端固定連接；所述墊圈(4)、(6)、(8)、(10)將檢測(cè)桿(2)與滑枕(I)隔開以減小接觸面積從而減小摩擦力；所述支撐螺釘(5 )、( 7 )、( 9 )用于限制檢測(cè)桿(2 )沿垂直于桿長方向的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)保證檢測(cè)桿(2)沿檢測(cè)桿(2)長方向可自由運(yùn)動(dòng)；所述連接螺釘(11)、(13)用于將檢測(cè)桿(2)與光柵尺讀數(shù)頭安裝座(15)固連在一起；所述連接螺釘(12)、(14)用于將光柵尺讀數(shù)頭安裝座(15)與光柵尺讀數(shù)頭(16)固連在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在干，檢測(cè)桿(2)采用熱膨脹系數(shù)極小的因瓦合金材料，檢測(cè)桿(2)前端與滑枕(I)的前端通過緊固螺釘(3)固連在一起，檢測(cè)桿(2)后端與光柵尺讀數(shù)頭安裝座(15)通過連接螺栓(11 )、( 13)固連在一起，檢測(cè)桿(2)除在前端固定點(diǎn)之外，可相對(duì)于滑枕(I)在軸向進(jìn)行自由相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而在垂直于軸向方向的運(yùn)動(dòng)被限制，保證檢測(cè)桿(2)與光柵尺讀數(shù)頭安裝座(15)同步運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在干，檢測(cè)桿(2)的中間部分開有鍵槽，通過支撐螺釘(5)、(7)、(9)可以增強(qiáng)其剛性，同時(shí)又能保證檢測(cè)桿(2)相對(duì)于滑枕(I)僅作桿長方向的運(yùn)動(dòng)，而不作垂直于 桿長方向的運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的因瓦合金為鎳鋼合金，俗稱殷鋼、不變鋼，其熱膨脹系數(shù)約為1.2X10_6/°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的光柵尺讀數(shù)頭(16)固定在與滑枕在前端相互固連的檢測(cè)桿(2)的后端，光柵尺定尺(17)固定在支撐滑枕裝置的滑枕座上。
7.一種用于數(shù)控機(jī)床滑枕熱伸長變形誤差實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與閉環(huán)反饋補(bǔ)償?shù)难b置檢測(cè)方法，其特征在于，通過在滑枕(I) 一角處開槽，槽內(nèi)安裝檢測(cè)桿(2);檢測(cè)桿(2)的前端通過固定螺釘(3)與滑枕(I)剛性連接在一起，檢測(cè)桿(2)的后端通過連接螺栓和光柵尺讀數(shù)頭安裝座(15)與光柵尺讀數(shù)頭(16)形成剛性連接；在限制檢測(cè)桿(2)沿垂直于桿長方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，保證檢測(cè)桿(2)可沿桿長方向自由運(yùn)動(dòng)，為減小相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力，在檢測(cè)桿(2)和滑枕(I)之間加裝了墊圈(4)、(6)、(8)、(10)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置檢測(cè)方法，其特征在于，光柵尺讀數(shù)頭(16)通過光柵尺讀數(shù)頭安裝座(15)以及連接螺釘(11)、(12)、(13)、(14)固連于檢測(cè)桿(2)上，當(dāng)滑枕(I)產(chǎn)生熱變形吋，通過檢測(cè)桿(2)將變形量傳遞給光柵尺讀數(shù)頭(16)，光柵尺讀數(shù)頭(16)感知到滑枕(I)的熱伸長變形后，反饋給數(shù)控系統(tǒng)，控制伺服進(jìn)給電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，使整個(gè)滑枕系統(tǒng)向滑枕(I)熱伸長變形的反方向運(yùn)動(dòng)，完成滑枕(I)熱伸長變形誤差的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與閉環(huán)反饋補(bǔ)償，讓滑枕(I)前端的精度不受滑枕熱伸長變形的影響，保證機(jī)床的加エ精度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置檢測(cè)方法，其特征在于，所述補(bǔ)償是通過數(shù)控系統(tǒng)的閉環(huán)反饋功能，即系統(tǒng)的“伺服”功能來自動(dòng)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)?，而不需要額外的補(bǔ)償控制裝置。
【文檔編號(hào)】B23Q17/00GK103495905SQ201310396532
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月4日
【發(fā)明者】崔崗衛(wèi), 袁勝萬, 寸花英, 張曉毅, 趙建華, 李江艷, 嚴(yán)江云, 孫薇, 劉志兵, 王全寶, 封光磊, 鞏朋, 字立敏, 符朗, 李照山, 余光懷, 馮平書, 賽云祥, 肖寧, 李林, 黃加良, 周星興, 周小淞, 王自強(qiáng), 陶駿, 王維, 陳忠良, 晏騰飛, 張明旭, 李朝萬, 余正斌, 王用 申請(qǐng)人:沈機(jī)集團(tuán)昆明機(jī)床股份有限公司