一種檢測與主軸熱變形有關(guān)的熱敏感點(diǎn)是否存在的方法
【專利摘要】一種檢測與主軸熱變形有關(guān)的熱敏感點(diǎn)是否存在的方法，通過改變加熱元件的溫度來改變主軸的溫度場分布，熱敏電阻和渦流傳感器把所采集到的信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)，然后利用Labview軟件對(duì)信息進(jìn)行分析處理，再采用模糊聚類和線性回歸的方法進(jìn)行處理。本方法提供的測試方法可在不同的半徑處放置熱敏電阻，因此如果能夠在不同半徑處的溫度與主軸變形量之間建立起函數(shù)關(guān)系，則說明熱敏感點(diǎn)存在；若不能建立起函數(shù)關(guān)系，則說明熱敏感點(diǎn)不存在。本發(fā)明中若得出主軸上存在熱敏感點(diǎn)，則根據(jù)熱敏感點(diǎn)可以更精確地得到主軸在不同工藝條件下的變形量，進(jìn)而可以在不同工況下根據(jù)主軸變形量更改誤差補(bǔ)償控制系統(tǒng)的控制量，從而提高主軸的工作精度。
【專利說明】一種檢測與主軸熱變形有關(guān)的熱敏感點(diǎn)是否存在的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對(duì)機(jī)床主軸熱變形檢測方法，具體涉及一種檢測與主軸熱變形有關(guān)的熱敏感點(diǎn)是否存在的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著一次又一次的技術(shù)革命，高精尖已經(jīng)日益成為各類加工生產(chǎn)的方向與目標(biāo)。但是由于機(jī)床在工作狀態(tài)下產(chǎn)生的溫度變化引起主軸變形造成的加工誤差一直都是制約加工制造業(yè)發(fā)展的重要因素，有數(shù)據(jù)表明，由于機(jī)床熱變形引起的加工誤差占整個(gè)加工誤差的30%?70%。利用補(bǔ)償系統(tǒng)通過對(duì)機(jī)床主軸熱變形的測量進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，則可以達(dá)到對(duì)主軸變形量的控制，從而可以從源頭上減小甚至消除主軸熱變形及其帶來的加工誤差。通常建立的機(jī)床熱誤差模型與工藝參數(shù)密切相關(guān)，導(dǎo)致根據(jù)某種工藝參數(shù)建立的熱誤差模型魯棒性很差，難以應(yīng)用于機(jī)床熱誤差補(bǔ)償。是否存在與工藝無關(guān)而只與測點(diǎn)溫度相關(guān)的熱誤差模型，或者是熱敏感點(diǎn)是否存在，如果存在其分布規(guī)律如何尚未見到完整的方案。為此，找到與設(shè)備或工藝無關(guān)的一種測量方法或與熱變形有直接關(guān)系的熱敏感點(diǎn)的分布規(guī)律一直是懸而未解的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種檢測與主軸熱變形有關(guān)的熱敏感點(diǎn)是否存在的方法，其可以測出主軸上是否存在熱敏感點(diǎn)，并且便捷可靠、通用性強(qiáng)、適用范圍廣。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]I)在主軸的中心孔內(nèi)設(shè)置用于改變主軸溫度的加熱元件，加熱元件穿過中心孔與功率控制系統(tǒng)相連；
[0006]2)在主軸的軸向上開設(shè)若干孔，每個(gè)孔到主軸中心線的距離不同，在每個(gè)孔底部設(shè)置用于測定溫度的熱敏電阻；
[0007]3)在主軸上設(shè)置若干用于測定主軸變形量的渦流傳感器；
[0008]4)通過控制功率控制系統(tǒng)使加熱元件以不同功率輸出，從而控制主軸的溫度，熱敏電阻和渦流傳感器將所采集到的信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)，然后用模糊聚類和線性回歸的方法對(duì)所采集的信息進(jìn)行分析以確定不同半徑處的溫度與主軸變形量之間是否能夠建立函數(shù)關(guān)系，若能夠建立函數(shù)關(guān)系并且不同溫度場下的函數(shù)關(guān)系保持不變，則說明熱敏感點(diǎn)存在；若不能建立函數(shù)關(guān)系，則說明熱敏感點(diǎn)不存在。
[0009]所述熱敏電阻和渦流傳感器通過調(diào)理模塊與計(jì)算機(jī)相連接。
[0010]所述渦流傳感器設(shè)置于主軸的兩端面及側(cè)壁的兩端。
[0011]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有的有益效果:本發(fā)明通過在主軸內(nèi)部設(shè)置加熱元件，模擬機(jī)床主軸各類工況下溫度的變化，在主軸內(nèi)不同半徑處設(shè)置熱敏電阻，用以測量不同半徑處主軸的溫度，在主軸上設(shè)置渦流傳感器，熱敏電阻和渦流傳感器將所測得的信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)，通過Labview軟件以及模糊聚類方法得出可以進(jìn)行檢測與主軸熱變形有關(guān)的熱敏感點(diǎn)是否存在。本發(fā)明原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)。
[0012]由于不同的工況對(duì)應(yīng)不同的主軸變形量，主軸變形量對(duì)應(yīng)不同的主軸補(bǔ)償參數(shù)，本發(fā)明中若得出主軸上存在熱敏感點(diǎn)，則根據(jù)熱敏感點(diǎn)可以更精確地得到主軸在不同溫度下的變形量，進(jìn)而可以在不同工況下根據(jù)主軸變形量更改誤差補(bǔ)償控制系統(tǒng)的控制量，從而提高主軸的加工精度，同時(shí)為主軸熱誤差補(bǔ)償提供了精確可靠的分析方法。與傳統(tǒng)熱誤差補(bǔ)償相比，本發(fā)明便捷可靠、通用性強(qiáng)、適用范圍廣，對(duì)于提高機(jī)床主軸精度有明顯的改善，極大的提高了所加工產(chǎn)品的質(zhì)量，降低廢品率，從而降低生產(chǎn)成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的功率控制系統(tǒng)示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的機(jī)械系統(tǒng)、測量系統(tǒng)圖。
[0015]圖3是渦流傳感器在主軸上的布置圖，其中，圖3 Ca)為在主軸端面上的設(shè)置圖，圖3 (b)為在主軸側(cè)壁兩端上的布置圖。
[0016]圖4是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖。
[0017]圖5是本發(fā)明的檢測流程圖。
[0018]其中:1-主軸；2_渦流傳感器；3_熱敏電阻，4為計(jì)算機(jī)，5為第一研華PC1-1723模擬量輸出卡，6為第一接線端口，7為調(diào)理模塊，8為第二接線端口，9為第二研華PC1-172332路模擬量輸出卡。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0020]參照?qǐng)D1-4，一種檢測與主軸熱變形有關(guān)的熱敏感點(diǎn)是否存在的裝置，包括機(jī)械系統(tǒng)、功率控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四大部分，所述機(jī)械系統(tǒng)包括主軸1，功率控制系統(tǒng)包括用于控制加熱元件輸出功率并安裝有Labview軟件的計(jì)算機(jī)4、第一研華PC1-1723模擬量輸出卡5、第一接線端口 6以及加熱元件，如圖1所示。測量系統(tǒng)包括熱敏電阻3、渦流傳感器2、調(diào)理模塊7、第二接線端口 8、第二研華PC1-1712 32路模擬量輸出卡9，如圖4所示。其中，通過在主軸中心沿軸向鉆孔得到主軸中心孔，加熱元件設(shè)置在主軸中心孔內(nèi)并從主軸中心孔穿出，模擬機(jī)床工作時(shí)主軸由于工況的變化而引起的溫度的變化，加熱元件連接有計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過研華PC1-1723模擬量輸出卡連接有接線端口，接線端口連接有加熱元件。通過對(duì)計(jì)算機(jī)的操作可以達(dá)到對(duì)加熱元件的輸出功率的控制，即可以改變加熱元件的加熱溫度。計(jì)算機(jī)可以控制加熱元件的輸出功率，從而達(dá)到改變加熱元件的溫度，同時(shí)改變主軸的溫度，來模擬機(jī)床工作時(shí)主軸由于工況的變化而弓I起的溫度的變化。
[0021 ] 參見圖2，在主軸I軸身內(nèi)部不同半徑處有熱敏電阻3，用以檢測在加熱元件不同功率輸出時(shí)，不同半徑處的溫度。熱敏電阻3在主軸內(nèi)部徑向分布于不同半徑處，軸向沿螺旋線分布，如圖2所示。
[0022]參見圖3，在主軸I的兩端面以及主軸I側(cè)壁的兩端上均設(shè)置有渦流傳感器3，用以檢測溫度變化時(shí)對(duì)應(yīng)部位主軸的徑向和軸向的變形量。如圖3 (a)所示，渦流傳感器3在主軸的兩端面上沿周向均勻布置，同樣的，在側(cè)壁的兩端上沿主軸周向均勻設(shè)置，如圖3(b)所示。
[0023]熱敏電阻3、渦流傳感器2均和調(diào)理模塊相連接，調(diào)理模塊通過第二接線端口、第二研華PC1-1723模擬量數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)相連接。
[0024]參見圖5，一種基于上述裝置的檢測與主軸熱變形有關(guān)的熱敏感點(diǎn)是否存在的方法，包括以下步驟:
[0025]I)沿主軸I的中心線鉆通孔，此通孔為主軸的中心孔，在主軸的中心孔內(nèi)設(shè)置用于改變主軸溫度的加熱元件，加熱元件穿過主軸中心孔；
[0026]2)在主軸I的軸向上開設(shè)有若干孔，每個(gè)孔到主軸中心線的距離不同，在每個(gè)孔底部設(shè)置有用于測定溫度變化時(shí)的主軸變形量的熱敏電阻3 ；
[0027]3)在主軸的兩端面上沿周向設(shè)置若干用于測定主軸變形量的渦流傳感器2，在主軸側(cè)壁的兩端上沿周向設(shè)置若干渦流傳感器2 ；
[0028]4)通過計(jì)算機(jī)控制加熱元件的輸出功率，改變加熱元件的溫度進(jìn)而來改變主軸的溫度，模擬機(jī)床工作時(shí)主軸由于工況的變化而引起的溫度的變化，熱敏電阻3和渦流傳感器2通過調(diào)理模塊、研華PC1-1712 32路模擬量數(shù)據(jù)采集卡把所采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)，調(diào)理模塊用來對(duì)熱敏電阻3、渦流傳感器2的信號(hào)進(jìn)行增益、衰減、隔離、放大、濾波等處理，如此可方便地被研華PC1-1712 32路模擬量數(shù)據(jù)采集卡采集；研華PC1-1712 32路模擬量數(shù)據(jù)采集卡通過接線端口接收由調(diào)理模塊處理過的模擬電流、電壓信號(hào)；然后利用Labview軟件對(duì)信號(hào)信息進(jìn)行分析處理，然后再采用模糊聚類和線性回歸的方法對(duì)Labview軟件的分析處理結(jié)果處理得到主軸上不同半徑處的溫度值與主軸的變形量之間能夠建立函數(shù)關(guān)系，若對(duì)于與變形量可以建立直接函數(shù)關(guān)系的主軸上的點(diǎn)，即為熱敏感點(diǎn)，同時(shí)得到熱敏感點(diǎn)的分布位置；若不能建立起函數(shù)關(guān)系，則說明熱敏感點(diǎn)的不存在。
[0029]本發(fā)明提供一種檢測與主軸熱變形有直接關(guān)系的熱敏感點(diǎn)是否存在及其分布規(guī)律的方法，與傳統(tǒng)熱誤差補(bǔ)償相比，根據(jù)熱敏感點(diǎn)可以更精確地得到主軸在不同溫度下的變形量，進(jìn)而可以在不同工況下根據(jù)主軸變形量更改誤差補(bǔ)償控制系統(tǒng)的控制量，不同的工況對(duì)應(yīng)不同的主軸變形，與之相對(duì)應(yīng)不同的主軸補(bǔ)償參數(shù)，從而為主軸熱誤差補(bǔ)償提供了精確可靠的分析方法。本方法便捷可靠、通用性強(qiáng)、適用范圍廣，對(duì)于提高機(jī)床主軸精度有明顯的改善，極大的提高了所加工產(chǎn)品的質(zhì)量，降低廢品率，從而降低生產(chǎn)成本。同時(shí)對(duì)于加工制造業(yè)整體水平的提高都會(huì)有促進(jìn)作用。
【權(quán)利要求】
1.一種檢測與主軸熱變形有關(guān)的熱敏感點(diǎn)是否存在的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)在主軸(I)的中心孔內(nèi)設(shè)置用于改變主軸溫度場分布的加熱元件，加熱元件穿過中心孔與功率控制系統(tǒng)相連； 2)在主軸(I)的軸向上開設(shè)若干孔，每個(gè)孔到主軸中心線的距離不同，在每個(gè)孔底部設(shè)置用于測定溫度的熱敏電阻(3)； 3 )在主軸(I)上設(shè)置若干用于測定主軸變形量的渦流傳感器(2 ); 4)通過改變加熱元件的溫度來控制主軸(I)的溫度，熱敏電阻(3)和渦流傳感器(2)將所采集到的信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)，然后用模糊聚類和線性回歸的方法對(duì)所采集的信息進(jìn)行分析以確定不同半徑處的溫度與主軸變形量之間是否能夠建立函數(shù)關(guān)系，若能夠建立函數(shù)關(guān)系并且不同溫度場下的函數(shù)關(guān)系保持不變，則說明熱敏感點(diǎn)存在；若不能建立函數(shù)關(guān)系，則說明熱敏感點(diǎn)不存在。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測與主軸熱變形有關(guān)的熱敏感點(diǎn)是否存在的方法，其特征在于，所述熱敏電阻(3)和渦流傳感器(2)分別通過調(diào)理模塊與計(jì)算機(jī)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測與主軸熱變形有關(guān)的熱敏感點(diǎn)是否存在的方法，其特征在于，所述渦流傳感器(2)設(shè)置于主軸的兩端面及側(cè)壁的兩端上。
【文檔編號(hào)】G05B19/404GK103713578SQ201310648621
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】張東升, 李澤州, 梅雪松, 張政, 田愛芬 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)