CN101573211A - 主轴倾斜检测器和包括主轴倾斜检测器的机床 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供：一种能通过简单的配置可靠检测主轴倾斜的主轴倾斜检测器；以及一种具有该主轴倾斜检测器的机床。主轴检测器(41A，41B)配备在机床(21)的龙门(24)的梁柱(32A，32B)上。每一个主轴倾斜检测器包括：绳(43)，该绳以上端固定至所述梁柱(加强件(32b))及下端附连至配重(45)的方式竖直悬挂；间隙传感器，其附连到所述绳以测量至所述梁柱的前面板(32a)的距离；以及油阻尼器(46)。此外，设置到所述机床上的主轴倾斜检测控制器基于由所述间隙传感器测得的平均距离，对附连至所述梁柱的后面板(32d)的珀尔帖装置(42A，42B)进行控制，从而通过校正所述梁柱的热变形而校正主轴(28)由于所述梁柱的热变形而引起的倾斜。

Description

主轴倾斜检测器和包括主轴倾斜检测器的机床
技术领域
本发明涉及一种对主轴的倾斜(倾动)进行检测的主轴倾斜检测器，并涉及包括该主轴倾斜检测器的机床。
背景技术
传统的机床采用以下的措施来防止机床的精确度由于结构的热变形而降低。
(1)第一种方法是测量机床主要部分的温度，从而根据该主要部分的温度变化量来补偿刀具端头的位置。(参见专利文献1)
(2)第二种方法是在诸如机床的梁柱或横梁之类的结构的面板上附连绝热器(绝热平衡壁板)，该绝热器具有能获得热平衡的厚度。(参见专利文献2)
专利文献1：日本专利申请特开公报No.2004-337996
专利文献2：日本专利申请特开公报No.2003-145373
发明内容
在一些机床中，为了在保持必要刚性的同时使其重量最小，将诸如支撑主轴的梁柱或横梁之类的结构的面板制成为上面板和下面板之间、前面板和后面板之间或者左面板和右面板之间厚度不同。在这样的情况下，机床周围的空气温度的变化导致面板间的温度变化(收敛速度)的不同。较薄的面板具有较高的收敛速度。因此，具有不同壁厚的上面板和下面板、前面板和后面板或者左面板和右面板的温度变得不同。这导致结构的变形，从而引起主轴倾斜(倾动)。现在参照图4至图6描述主轴倾斜的具体实例。
在图4所示的机床中，主轴1由滑枕4可旋转地支撑，而滑枕4由诸如梁柱或横梁之类的结构2支撑。在主轴1上安装有对工件进行加工的刀具3。在该结构2中，前面板2a和后面板2b的壁厚彼此不同。在这一结构2中，相对于图6所例示的机床周围的环境温度变化而言，薄的后面板2b的温度A的变化速率(收敛速率)高于厚的前面板2a的温度B的变化速率(收敛速率)，从而导致面板2a和2b之间经受温度差。因此，如果机床周围的环境温度增加，后面板2b的膨胀要大于前面板2a的膨胀，如图4中的虚线所示，从而结构2(前面板2a)向前倾动。由结构2支撑的主轴1相应地向前倾动(倾斜)。
在图5所示的机床中，主轴11由滑枕14可旋转地支撑，而滑枕14由诸如梁柱或横梁之类的结构12支撑。在主轴11上安装有对工件进行加工的刀具13。在该结构12中，上面板和下面板12b和12a的壁厚彼此不同。在这一结构12中，相对于图6所例示的机床周围的环境温度变化而言，薄的上面板12b的温度A的变化速率(收敛速率)高于厚的下面板12a的温度B的变化速率(收敛速率)，从而导致面板12a和12b之间经受温度差。因此，如果机床周围的环境温度增加，上面板12b的膨胀要大于下面板12a的膨胀，如图5中的虚线所示，从而形成倒梯形。前面板12c从而向前倾动，由结构12支撑的主轴11相应地向前倾动(倾斜)。
针对这一问题，前述第一种方法能补偿刀具3和13的端头由于相应的结构2和12的热膨胀和收缩而引起的移位，但是不能补偿主轴1和11的倾斜。换言之，检测不到主轴1和11的倾斜(结构2和12的热变形)，从而不能校正主轴1和11的倾斜。同时，在上述第二个措施中，绝缘器(热绝缘平衡壁板)具有防止热偏转最佳的厚度，但是对于防止热扭转而言却不是最佳的。因此，不能防止主轴1和11的倾斜，或者说不能校正主轴1和11的倾斜(结构的热变形)。应指出的是，热扭转是指由于沿着梁柱或横梁的矩形面板的一个对角线的部分与沿着与该一个对角线交叉的另一对角线的部分之间的温度差而引起的扭转(热变形)。在此情况下也引起主轴倾斜。
附带提及，可以考虑用诸如加速度传感器的电位计来测量倾动程度，以此作为检测主轴倾斜的方式。然而，在电位计中，会由于自加热或温度的变化而引起温度漂移，从而使电位计的检测精确度降低。因此，电位计不能检测到微小的主轴倾斜。
针对上述情形，本发明的目的在于：提供一种主轴倾斜检测器，其能利用简单的配置可靠地检测主轴倾斜，以消除温度漂移的方式执行高精确度的检测，并能校正主轴倾斜(结构的热变形)；并且提供一种带有该主轴倾斜检测器的机床。
解决问题的方式
本发明的解决上述问题的第一方面提供一种配备在机床内的主轴倾斜检测器，其包括：用于加工工件的刀具附连到其上的主轴；以及用于支撑该主轴的结构。所述主轴倾斜检测器包括：绳，以上端固定至所述结构及下端附连至配重的方式竖直悬挂的绳；以及附连到所述绳以测量至所述结构的测量部分的距离的距离传感器，或者附连到所述结构以测量至所述绳的测量部分的距离的距离传感器。
本发明的第二方面提供一种根据第一方面的主轴倾斜检测器，其中所述距离传感器为非接触式间隙传感器。
本发明的第三方面提供一种根据本发明第一方面或第二方面的主轴倾斜检测器，其还包括：粘性流体阻尼器，该粘性流体阻尼器包括容纳在容器内的粘性流体。所述配重被放置在所述粘性流体阻尼器的所述粘性流体内。
本发明的第四方面提供根据本发明的第一至第三方面中任一方面的主轴倾斜检测器，其中所述绳、所述配重以及所述距离传感器设置在所述结构内，或者，所述绳、所述配重、所述距离传感器以及所述粘性流体阻尼器设置在所述结构内。
本发明的第五方面提供一种机床，其包括根据本发明第一至第四方面中任一方面所述的主轴倾斜检测器。
本发明的第六方面提供根据本发明的第五方面的机床，其还包括：温度调节装置，该温度调节装置调节所述结构的温度；主轴倾斜校正控制器，该主轴倾斜校正控制器通过在基于通过所述距离传感器所测得的距离控制所述温度调节装置的同时校正所述结构的热变形来对所述主轴的由于所述结构的热变形而引起的倾斜进行校正。
本发明的第七方面提供根据本发明的第六方面的机床，其中，所述主轴倾斜校正控制器计算通过所述距离传感器测得的平均距离，并通过在基于所计算的平均值而控制所述温度调节装置的同时校正所述结构的热变形来对所述主轴的由于所述结构的热变形而引起的倾斜进行校正。
本发明第八方面提供根据第六方面或第七方面的机床，其中所述主轴倾斜校正控制器判定由所述距离传感器所测得的距离是否在预定测量范围内。在测得的距离在所述测量范围内时，所述主轴倾斜校正控制器通过在基于测得的距离而控制所述温度调节装置的同时校正所述结构的热变形来对所述主轴的由于所述结构的热变形而引起的倾斜进行校正。
本发明第九方面提供根据第六方面至第八方面中任一方面的机床，其中所述温度调节装置为珀尔帖(Peltier)装置。所述珀尔帖(Peltier)装置附连到所述结构的经受温度差的部分中的至少一个部分上。
本发明的第十方面提供根据本发明的第九方面的机床，其中所述珀尔帖(Peltier)装置附连到所述结构的经受温度差的部分中的每一个部分上。另外，所述主轴倾斜校正控制器对附连到经受温度差的所述部分中的低温部分上的珀尔帖装置进行控制，使得所述低温部分能被加热，并且对附连到经受温度差的所述部分中的高温部分上的珀尔帖装置进行控制，使得所述高温部分能被冷却。
发明效果
根据本发明第一方面的主轴倾斜检测器包括：绳，该绳以上端固定至所述结构及下端附连至配重的方式竖直悬挂；以及附连到所述绳以测量至所述结构的测量部分的距离的距离传感器，或者附连到所述结构以测量至所述绳的测量部分的距离的距离传感器。因此，如果结构由于该结构部分(前面板和后面板；上面板和下面板等等)之间的温度差引起的热变形而倾动，从而引起主轴倾斜(倾动)，则热变形(倾动)的结构与竖直悬挂的绳之间的相对位置关系会发生变化。具体而言，附连到所述绳上的距离传感器与所述结构的测量部分之间的距离会发生变化，或者附连到所述结构上的所述距离传感器与所述绳的测量部分之间的距离会发生变化。由所述距离传感器测量到距离的这一变化。换言之，由所述距离传感器测量到的距离是变化的。因此，可基于由所述距离传感器测量到的距离变化来检测所述结构的热变形(倾动)，即主轴的倾斜(倾动)。因此，可以利用简单的结构以较低的成本可靠地检测主轴倾斜。
而且，根据本发明的第二方面，所述主轴倾斜检测器包括非接触式间隙传感器，其作为所述距离传感器。因此，与采用接触式距离传感器的情形相比，所述距离传感器在距离测量过程中不会使绳意外地摆动，从而执行较精确的距离测量。而且，市场上买得到的间隙传感器通常具有消除温度漂移的功能。因此，在采用具有这一功能的间隙传感器用于主轴倾斜检测器时，可以解决由于自加热或温度变化引起的温度漂移的问题。
而且，根据本发明的第三方面，所述主轴倾斜检测器包括具有容纳在容器中的粘性流体的粘性流体阻尼器，并且所述配重被放置在所述粘性流体阻尼器的粘性流体中。因此，所述绳和配重几乎不可能通过外部振动或结构运动而摆动。即使当所述绳和所述配重摆动时，所述粘性流体也能使这样的摆动即时衰减。因此，所述能以较高的精确度通过距离传感器执行距离测量。
而且，在根据本发明第四方面的主轴倾斜检测器中，构成所述主轴倾斜检测器的部件(所述绳、配重和距离传感器；或者所述绳、配重、距离传感器和粘性流体阻尼器)设置在所述结构内。因此，无需保护盖等即可以容易地防止这些部件与操作者或者机床21周围的结构相互干扰，因此能可靠地检测到主轴倾斜。
根据本发明的第五方面，所述机床包括根据本发明第一至第四方面中任一方面的主轴倾斜检测器。因此可以制造具有本发明第一至第四方面中任一方面的效果的优良机床。
而且，根据本发明第六方面，所述机床包括：温度调节装置，该温度调节装置调节所述结构的温度；主轴倾斜校正控制器，该主轴倾斜校正控制器通过在基于由所述距离传感器测得的距离控制所述温度调节装置的同时校正所述结构的热变形来对所述主轴由于所述结构的热变形而引起的倾斜进行校正。因此，即使结构由于该结构的部分(前面板和后面板；上面板和下面板等等)之间的温度差引起的热变形而倾动从而引起主轴倾斜(倾动)时，所述主轴倾斜校正控制器也会在校正所述结构的热变形的同时，基于由所述距离传感器此时测得的距离而控制所述温度调节装置，从而使得可以校正主轴倾斜。
而且，在根据本发明第七方面的机床中，所述主轴倾斜校正控制器计算由所述距离传感器测得的平均距离，并且通过在基于所计算的平均值而控制所述温度调节装置的同时校正所述结构的热变形来对所述主轴由于所述结构的热变形而引起的倾斜进行校正。因此，即使当所述绳和配重由于外部振动等发生摆动时，并且接着所述距离传感器的输出发生波动，这样的波动也会因为对由所述距离传感器测得的距离进行平均而被消除。这是因为这样的波动几乎是正绳的。因此可较精确地校正所述结构的热变形，从而较精确地校正主轴倾斜。
而且，在根据本发明第八方面的机床中，所述主轴倾斜校正控制器判定由所述距离传感器测得的距离是否在预定测量范围内。在测得的距离在所述测量范围内时，所述主轴倾斜校正控制器通过在基于测得的距离而控制所述温度调节装置的同时校正所述结构的热变形来对所述主轴由于所述结构的热变形而引起的倾斜进行校正。因此，即使当所述绳和配重由于所述结构的运动、外部振动等而极大地摆动时，并且随之由所述距离传感器测得的距离而有极大地变化，也会忽略超出预定测量范围(超范围)的所测得的距离。因此可较精确地校正所述结构的热变化，从而可较精确地校正主轴倾斜。
在根据本发明第九方面的机床中，所述温度调节装置为珀尔帖装置。所述珀尔帖装置附连到所述结构的经受温度差的部分中的至少一个部分上。因此，能通过所述珀尔帖装置以高的精确度容易地调节所述结构的温度。因此可以较容易地及精确地校正结构的热变形，从而较正主轴倾斜。而且，由于仅需要将片状的珀尔帖装置附连到所述结构上，从而能极容易地进行安装操作。
在根据本发明第十方面的机床中，所述珀尔帖装置附连到所述结构的经受温度差的部分中的每一个部分上。另外，所述主轴倾斜校正控制器对附连到经受温度差的所述部分中的低温部分上的珀尔帖装置进行控制，使得所述低温部分能被加热，并对附连到经受温度差的所述部分中的高温部分上的珀尔帖装置进行控制，使得所述高温部分能被冷却。因此，与通过珀尔帖装置仅加热低温部分或通过珀尔帖装置仅冷却高温部分的情况相比，可以较容易地校正所述结构的热变形，从而能较容易地校正主轴倾斜。而且，所述结构的热量变化幅度小，从而所述结构几乎没有热膨胀和收缩。因此，无需考虑所述结构的热膨胀和收缩，从而仅需校正主轴倾斜。
附图说明
图1是根据本发明的实施例1的机床的透视图。
图2是该机床的侧向局部剖视图。
图3是根据本发明的实施例2的机床的侧向局部剖视图。
图4是示出了主轴倾斜的一具体例子的说明图。
图5是示出了主轴倾斜的另一具体例子的说明图。
图6为用来对面板的温度相对于空气温度变化的变化进行示例说明的说明图，这些面板的壁厚互不相同。
21：机床；22：床体；23：台；24：龙门；25：横梁；26：滑动架；27：滑枕；28：主轴；29A和29B：轨道；30：底面；31A和31B：翼部；32A和32B：梁柱；33：顶梁；34A、34B、35A和35B：轨道；36：主轴电机；37：刀具；41A和41B：主轴倾斜检测器；42A、42A-1、42A-2、42B、42B-1和42B-2：珀尔帖装置；43：绳；44：间隙传感器；45：配重；46：油阻尼器；47：容器；48：油50：主轴倾斜校正控制器；51：第一测量数据处理部分；52：第二测量数据处理部分；53：电源
具体实施方式
以下将参照附图具体描述本发明的实施例。
<实施例1>
图1是根据本发明的实施例1的机床的透视图，以及图2是该机床的侧向局部剖视图。
如图1和图2中所示，大型机床21包括作为主要结构的床体22、台23、龙门24、横梁25、滑动架26、滑枕27以及主轴28。
床体22固定到底面30上。在床体22的上表面上，设有在床体22的纵向(X轴方向)上水平延伸的一对轨道29A和29B。台23可滑动地附连到轨道29A和29B上。因此，通过未示出的包括螺旋进给机构的驱动装置，台23由轨道29A和29B引导从而在床体22的纵向(X轴方向)上水平地移动。尽管在附图中被省略，但是由刀具37加工的工件被放置在台23上。
龙门24是包括一对梁柱32A和32B以及顶梁33的龙门，其安装成横跨台23。梁柱32A和32B分别立在一对翼部31A和31B上，这些翼部在床体22的左侧和右侧水平伸出。梁柱32A和32B分别定位在台23的右侧和左侧。顶梁33将梁柱32A和32B的上端相互连接。
竖直(在Z轴方向上)延伸的一对轨道34A和34B分别设置在梁柱32A和32B的前面(前面板32a)上。横梁25水平放置在梁柱32A和32B的前面板32a侧，并可滑动地附连到轨道34A和34B。因此，通过未示出的包括螺旋进给机构的驱动装置，横梁25由轨道34A和34B引导从而竖直(在Z轴方向上)移动。
在横梁25的前面设有在横梁25的纵向(Y轴方向)上水平延伸的一对轨道35A和35B。滑动架26可滑动地附连到这些轨道35A和35B上。因此，通过未示出的包括螺旋进给机构的驱动装置，滑动架26由轨道35A和35B引导从而在纵向(Y轴方向)上移动。
滑枕27可滑动地插入滑动架26，并通过未示出的包括螺旋进给机构的驱动装置竖直(在Z轴方向)地移动。主轴28可旋转地设置在滑枕27内，并竖直(在Z轴方向)地延伸。主轴电机36附连到滑枕27的上端，并且主轴28由主轴电机36可旋转地驱动。用于诸如铣或钻之类加工的刀具37安装在主轴28的端部上。
因此，在该机床21内，刀具37与主轴28一起旋转，并与滑枕27、横梁25以及滑动架26一起在Z轴方向上移动，同时台23上的工件与台23一起在X轴方向上移动，由此对工件进行诸如铣或钻之类的加工。
为了在保持必要刚性的同时使机床21的重量最小，使梁柱32A和32B中每一个的前、后面板32a和32d的壁厚不同。在这样的梁柱32A和32B中，相对于例如图6所例示的机床周围环境温度的变化，薄的后面板32d的温度变化速率(收敛速率)比厚的前面板32a的温度变化速率(收敛速率)高，从而导致面板32a和32d之间的温度差。因此，如果机床21附近的环境温度提高，则后面板32d膨胀得比前面板32a多，如图2中的虚线所示(图2仅示出了倾动的梁柱32A，但是梁柱32B会以类似的方式倾动)，从而梁柱32A和32B(前面板32a)向前倾动。由梁柱32A和32B(前面板32a)支撑的主轴28因此向前倾动(倾斜)。
在机床21中，设有主轴倾斜检测器41A和41B、用作温度调节装置的珀尔帖装置42A和42B、以及主轴倾斜校正控制器50，以检测和校正由于梁柱32A和32B的热变形(倾动)而引起的主轴28的倾斜。
主轴倾斜检测器41A和41B分别设置在中空的梁柱32A和32B内。珀尔帖装置42A和42B呈片状，并且分别附连到梁柱32A和32B的后面板32d上。珀尔帖装置42A和42B是利用珀尔帖效应的装置。通过切换电流流动的方向，可以对热产生和热吸收进行切换。而且，通过调节电流的大小，能调节所产生或吸收的热的量。
如图2中所示，配置在梁柱32A内的主轴倾斜检测器41A包括绳43、配重45、用作距离传感器的非接触式间隙传感器44、用于粘性流体阻尼器的油阻尼器46。绳43以上端固定到梁柱32A内的加强件32b及下端附连到配重45上的方式竖直悬挂。绳43能由适当的材料制成，并具有适当的厚度，但是其应该具有低的刚性，从而即使绳43的上端固定到其上的结构(在附图所示的示例中，为梁柱32A的加强件32b)倾动，绳也始终竖直悬挂。
间隙传感器44附连到绳43上，并对至梁柱32A的前面板32a(测量部分)的距离L进行测量。在此情况下，测量部分不限于前面板32a的一部分，而可以是，例如，附连到前面板32a上的测量板。间隙传感器44可被附连到前面板32a上，以对至绳43(测量部分)的距离进行测量。在此情况下，测量部分不限于绳43的一部分，而可以是，例如，附连到绳43的测量板。而且，附连到绳43上的间隙传感器44可测量至后面板32d(测量部分)的距离，或者间隙传感器44可附连到后面板32d来测量至绳43(测量部分)的距离。而且在此情况下，测量部分不限于后面板32d的一部分或绳43的一部分，而可以是，例如，附连到后面板32d或绳43上的测量板。
间隙传感器44可以是涡流间隙传感器、电容间隙传感器、利用激光束反射的光学间隙传感器等等。这些间隙传感器通常具有以足够的精确度消除温度漂移的功能。值得注意的是，在使用涡流间隙传感器的情况下，测量部分的材料需要是金属，以产生涡流。在使用光学间隙传感器的情况下，要求测量部分的材料具有极好的光学反射性。
在附图中示出的例子中，梁柱32A和32B由于热变形而向前倾动。因此，在通过附连到绳43上的间隙传感器44测量至前面板32a(测量部分)的距离的情况下，或者在通过附连到前面板32a上的间隙传感器44测量至绳43(测量部分)的距离的情况下，由间隙传感器44测得的距离随着梁柱32A和32B的热变形(倾动)而降低。相反，在通过附连到绳43上的间隙传感器44测量至后面板32d(测量部分)的距离的情况下，或者在通过附连到后面板32d上的间隙传感器44测量至绳43(测量部分)的距离的情况下，由间隙传感器44测得的距离随着梁柱32A和32B的热变形(倾动)而增加。
在梁柱32A的下面板32c上设有油阻尼器46，该油阻尼器46容纳油48，油48用作容纳在容器47中的粘性流体。配重45被放置在容器47中的油48中。这样，即使由于外部振动等使配重45与绳43一起摆动，也可在短时间内通过油阻尼器46的油48使配重45和绳43的摆动衰减。
配备在梁柱32B内的主轴倾斜检测器41B的结构与配备在梁柱32A内的主轴倾斜检测器41A的结构相同，从而省略对其的具体描述。
主轴倾斜检测器41A和41B的每一个间隙传感器44的距离测量信号被输入到主轴倾斜校正控制器50。主轴倾斜校正控制器50通过基于由相应的间隙传感器44测得的距离在控制珀尔帖装置42A和42B的同时校正梁柱32A和32B的热变形(倾动)来对主轴28由于梁柱32A和32B的热变形(倾动)而产生的倾斜(倾动)进行校正。
具体而言，主轴倾斜校正控制器50包括第一测量数据处理部分51、第二测量数据处理部分52、以及电源53。应注意的是，图2仅仅示出了主轴倾斜校正控制器50和主轴倾斜检测器41A之间的关系。主轴倾斜校正控制器50和主轴倾斜检测器41B之间的关系在附图中没有示出，但是其与主轴倾斜检测器41A的情形中的相同。
主轴倾斜检测器41A和41B的绳43(配重45)有时会通过滑动架26和横梁25的运动而大幅度的摆动。于是来自间隙传感器44的输出信号(测得的距离)会独立于梁柱32A和32B的热变形(倾动)而有较大程度的变化。然而，梁柱32A和32B的热变形(倾动)始终按时刻顺序发生，从而测得的距离也按时刻顺序改变。另一方面，所测的距离由于滑动架26和横梁25的运动而产生的较大变化是暂时的。
因此，第一测量数据处理部分51判定由每一个间隙传感器44测得的距离是否在预定的测量范围内。结果，在其判定测得的距离超过了测量范围(超范围)的情况下，不将测得的距离输出到后来的第二测量数据处理部分52。只有在判定测得的距离在预定测量范围内的情况下，才将测得的距离输出到随后的第二测量数据处理部分52。换言之，忽略所测得的距离的超出测量范围(超范围)的这一暂时变化。值得注意的是，测量范围应比所测得的距离的由于梁柱32A和32B的热变形(倾动)而引起的变化的范围宽，并应根据实验等加以适当地设定。
然而，主轴倾斜检测器41A和41B的绳43(配重45)有时会通过机床21因外部振动而引起的振动而摆动，从而导致来自间隙传感器44的输出信号(所测得的距离)波动。应注意的是，这样的波动几乎是正绳的。
因此，第二测量数据处理部分52因而通过计算每一间隙传感器44测得的并且由第一测量数据处理部分51输出的平均距离。在此情况下，应基于实验等，在考虑到波动周期的情况下，适当地确定采用用来计算平均测量数据的数据点(间隙传感器44测得的距离)的时刻数。
应注意的是，附图所示的示例中的主轴倾斜校正控制器50既通过忽略暂时超范围的第一测量数据处理部分51执行测量数据处理，又通过计算所测得的距离的平均值的第二测量数据处理部分52执行测量数据处理。然而，主轴倾斜检测器41A不限于此，而是可以仅执行一种测量数据处理。
电源53使得电流能基于从第二测量数据处理部分52输出的由间隙传感器44测得的距离的平均值以预定的方向流通通过珀尔帖装置42A和42B中的每一个。值得注意的是，在仅执行通过第一测量数据处理部分51的测量数据处理的情况下，当每一个间隙传感器44测得的距离处在测量范围内时，电源53基于所测得的距离使得电流以预定方向流通通过珀尔帖装置42A和42B中的每一个。在不执行通过第一测量数据处理部分51和第二测量数据处理部分52的任一测量数据处理的情况下，电源53直接基于每一个间隙传感器44测得的距离使得电流可以以预定的方向流通通过珀尔帖装置42A和42B中的每一个。
在附图所示的示例中，珀尔帖装置42A和42B中每一个分别地附连到对应梁柱32A和32B的后面板32d上。在梁柱32A和32B中的每一个由于热变形而向前倾动时，电源53使得电流在使珀尔帖装置42A和42B吸热的方向上流通通过珀尔帖装置42A和42B。后面板32d通过珀尔帖装置42A和42B的吸热而被冷却，每一个后面板32d的温度下降，例如，约0.5℃。这样就校正了梁柱32A和32B的热变形(倾动)，并因而校正了主轴28的倾斜。勿庸置疑，在将珀尔帖装置42A和42B附连到相应的前面板32a的情形中，电源使得电流在使珀尔帖装置42A和42B产生热的方向上流通通过珀尔帖装置42A和42B中的每一个。在这样的情况下，在前面板32由于珀尔帖装置42A和42B的热产生而被加热的情况下，每一个前面板32a的温度升高，例如，约0.5℃。这样就校正了梁柱32A和32B的热变形(倾动)，并因而校正了主轴28的倾斜。
应注意的是，在此情况下，在以下数据达到设定值时，可使一定量的电流流通通过珀尔帖装置42A和42B中的每一个，即：每一个间隙传感器44测得的平均距离(在执行通过第一测量数据处理部分51和第二测量数据处理部分52的测量数据处理的情况下，或在执行仅通过第二测量数据处理部分52的测量数据处理的情况下)；由每一个间隙传感器44测得的位于测量范围内的距离(在执行仅通过第一测量数据处理部分51的测量数据处理的情况下)；或者由每一个间隙传感器44测得的距离(在不执行通过第一测量数据处理部分51和第二测量数据处理部分52的任一测量数据处理的情况下)。或者，根据通过每一个间隙传感器44测得的平均距离的变化量、通过每一个间隙传感器44测得的处在测量范围内的距离变化量，或者根据每一个间隙传感器44测得的距离的变化量，可调节流通通过珀尔帖装置42A和42B中的每一个的电流值(换言之，当变化量增加时，增加电流值；在变化量降低时，降低电流值)。
如上所述，根据实施例1，主轴倾斜检测器41A和41B中的每一个主轴倾斜检测器的特征在于，包括：以上端固定到相应的梁柱32A或32B(加强件32b)上及下端附连至配重45的方式竖直悬挂的绳43；以及间隙传感器44，该间隙传感器44附连到绳43，用以测量至对应梁柱32A或32B的前面板32a(测量部分)或后面板32d(测量部分)的距离，或者该间隙传感器44附连至对应的梁柱32A或32B(前面板32a或后面板32d)以测量至绳43的测量部分的距离。因此，如果梁柱32A和32B中的每一个由于因前面板32a和后面板32d之间的温度差引起的热变形而倾动，从而使主轴28倾斜(倾动)，则热变形(倾动)了的梁柱32A和32B中的每一个(前面板32a和后面板32d)与竖直悬挂的绳43中的每一个之间的相对位置关系会发生变化。具体而言，附连到每一根绳43上的每一个间隙传感器44与对应梁柱32A或32B(前面板32a或后面板32d)的测量部分之间的距离会发生变化，或者，附连到对应梁柱32A或32B(前面板32a或后面板32d)上的每一个间隙传感器44与绳43处的测量部分之间的距离会发生变化。于是，通过每一个间隙传感器测量这一距离变化。换言之，通过每一个间隙传感器44测得的距离发生变化。因此可基于由间隙传感器44所测得的距离的变化来检测梁柱32A和32B中的每一个的热变形(倾动)，即，主轴28的倾斜(倾动)。因此，可通过这样的简单结构以低的成本可靠地检测主轴倾斜。
而且，根据实施例1，主轴倾斜检测器41A和41B中的每一个的特征在于包括用作测量距离的传感器的非接触式间隙传感器44。因此，与使用接触式距离传感器的情形相比，该距离传感器在距离测量的过程中，不会意外地使绳摆动，从而能执行较精确的距离测量。在相应的主轴倾斜检测器41A和41B采用具有消除温度漂移功能的间隙传感器44时，可以解决由于自加热或温度变化引起的温度漂移的问题。
而且，根据实施例1，主轴倾斜检测器41A和41B中的每一个的特征在于，油阻尼器46包含容纳在容器47内的油48，且配重45被放置在油阻尼器46的油48内。因此，绳43和配重45几乎不可能通过外部振动或横梁25的运动而摆动。即使在绳43和配重45摆动时，也可通过油48即时衰减这样的摆动。因此，能通过间隙传感器44以较高的精确度执行距离的测量。
而且，根据实施例1的主轴倾斜检测器41A和41B的特征在于，构成主轴倾斜检测器41A和41B的构件(绳43、配重45、间隙传感器44和油阻尼器46)分别设置在梁柱32A和32B内。因此，无需保护盖等即可容易地防止这些部件与操作者或者机床21周围的结构相互干扰，因此能可靠地检测到主轴倾斜。
此外，根据实施例1，机床21的特征在于包括具有上述结构的主轴倾斜检测器41A和41B。因此可以制造具有上述效果的优良机床。
而且，根据实施例1，机床21的特征在于包括：分别地调节梁柱32A和32B的温度的珀尔帖装置42A和42B；以及主轴倾斜校正控制器50，该主轴倾斜校正控制器50基于间隙传感器44测得的平均距离，在对珀尔帖装置42A和42B进行控制的同时，通过校正梁柱32A和32B的热变形来对主轴28由于梁柱32A和32B的热变形而引起的倾斜进行校正。因此，即使在梁柱32A和32B由于因前面板32a和后面板32d之间的温度差引起的热变形而倾动，从而使主轴28倾斜(倾动)的情况下，主轴倾斜校正控制器50基于间隙传感器44测得的距离的当前平均值分别地地控制珀尔帖装置42A和42B，同时校正梁柱32A和32B的热变形，这样使得可以校正主轴倾斜。
此外判定间隙传感器44测得的每一距离是否处在预定的测量范围内，并且仅采用处在该测量范围内的测得的距离用于控制。因此，即使在绳43和配重45通过横梁25的运动、外部振动等而较大地摆动，且间隙传感器44测得的距离有较大地变化时，也会忽略超出测量范围(超范围)的所测得的距离。因此，可以较精确地校正梁柱32A和32B的热变形，从而较精确地校正主轴倾斜。
而且，采用间隙传感器44测得的平均距离被用于控制。因此，即使当绳43和配重45由于外部振动等摆动，且间隙传感器44的输出产生波动时，这样的波动也通过对间隙传感器44所测得的距离进行平均而被消除。因此能较精确地校正梁柱32A和32B的热变形，因此较精确地校正主轴倾斜。
而且，其特征在于采用珀尔帖装置42A和42B来用作温度调节装置，并且这些珀尔帖装置附连到梁柱32A和32B的产生温度差的部分(前面板32a或后面板32d)上。因此，能通过珀尔帖装置42A和42B以高精确度地容易地调节梁柱32A和32B的温度。因此可较容易地且精确地校正梁柱32A和32B的热变形，从而较容易地且较精确地校正主轴倾斜。而且，因为仅需要将片状的珀尔帖装置42A和42B附连到梁柱32A和32B上，从而使安装操作非常容易。而且，因为能通过珀尔帖装置42A和42B以，例如，±0.1℃的精确度加热和冷却前面板32a或后面板32d，从而可以，例如，在±100μm/m的范围内以±2μm/m的精确度校正梁柱32A和32B的热变形(倾动)。
实施例2
图3为根据本发明的实施例2的机床的侧向局部剖视图。根据图3中所示的实施例2的机床的整体结构与图1和图2中所示的实施例1的机床的整体结构相同。在图3中，与图1和图2中的部件相同的部件用相同的附图标记加以表示。
如图3中所示，在根据实施例2的机床21中，将两个珀尔帖装置42A-1和42A-2分别地附连到梁柱32A的前面板32a和后面板32d上，而且将两个珀尔帖装置42B-1和42B-2分别地附连到梁柱32B(参见图1)的前面板32a和后面板32d上，图中没有示出它们未示出的。
主轴倾斜校正控制器50的电源53基于从第二测量数据处理部分52输出的由每一个间隙传感器44测量的平均距离使得电流可以以预定的方向流通通过珀尔帖装置42A-1、42A-2、42B-1和42B-2中的每一个。应注意的是，在仅执行由第一测量数据处理部分51进行的测量数据处理的情况下，当由每一个间隙传感器44测得的距离处在测量范围内时，则电源53基于所测得的距离允许电流以预定的方向流通通过珀尔帖装置42A-1、42A-2、42B-1和42B-2中的每一个。同时，在不执行由第一测量数据处理部分51进行的和由第二测量数据处理部分52进行的任一测量数据处理的情况下，则电源53直接基于由每一个间隙传感器44测量的距离允许电流以预定的方向流通通过珀尔帖装置42A-1、42A-2、42B-1和42B-2中的每一个。
在附图所示的示例中，梁柱32A和32B由于热变形而向前倾斜。因此，电流以使珀尔帖装置42A-1和42B-1产生热的方向流通通过附连到相应的前面板32a上的珀尔帖装置42A-1和42B-1。同时，电流以使珀尔帖装置42A-2和42B-2吸收热的方向流通通过附连到相应的后面板32d上的珀尔帖装置42A-2和42B-2。前面板32a由于相应的珀尔帖装置42A-1和42B-1产生热而被加热，从而提高了前面板32a的温度，同时后面板32d由于相应的珀尔帖装置42A-2和42B-2吸收热而被冷却，从而降低了后面板32d的温度。因此校正了梁柱32A和32B的热变形(倾动)，并相应地校正了主轴28的倾斜。
应注意的是，在与实施例1类似的该示例中，在以下数据达到设定值时可以允许一定量的电流流动通过珀尔帖装置42A-1、42A-2、42B-1和42B-2中的每一个，即：每一个间隙传感器44测得的平均距离(在执行由第一测量数据处理部分51和第二测量数据处理部分52进行的测量数据处理的情况下，或在仅执行由第二测量数据处理部分52进行的测量数据处理的情况下)；由每一个间隙传感器44测得的位于测量范围内的距离(在仅执行由第一测量数据处理部分51进行的测量数据处理的情况下)；或者由每一个间隙传感器44测得的距离(在不执行由第一测量数据处理部分51和第二测量数据处理部分52进行的任一测量数据处理的情况下)。或者，根据每一个间隙传感器44测得的平均距离的变化量、每一个间隙传感器44测得的处在测量范围内的距离变化量，或者根据每一个间隙传感器44测得的距离的变化量，可调节流通通过珀尔帖装置42A-1、42A-2、42B-1和42B-2中的每一个的电流值(换言之，当变化量增加时，增加电流值；在变化量降低时，降低电流值)。
应注意的是，根据实施例2的机床21的其他结构与根据实施例1的机床21(参见图1和图2)的其他结构相同，从而这里省略对其他结构的详细描述。
如上所述，根据实施例2的机床的特征如下。具体而言，珀尔帖装置42A-1和42B-1和珀尔帖装置42A-2和42B-2分别地附连到梁柱32A和32B的产生温度差的前面板32a和后面板32d。主轴倾斜校正控制器50对附连到作为产生温度差的部分中的低温部分的前面板32a上的珀尔帖装置42A-1和42B-1进行控制，从而能加热前面板32a。主轴倾斜校正控制器50对附连到作为产生温度差的部分中的高温部分的后面板32d上的珀尔帖装置42A-2和42B-2进行控制，从而能冷却后面板32a。因此，与通过珀尔帖装置仅加热低温部分(前面板32a)或通过珀尔帖装置仅冷却高温部分(后面板32d)的情况相比，可以容易地校正梁柱32A和32B的热变形，从而可容易地校正主轴倾斜。而且，梁柱32A和32B中的每一个的热量变化幅度小，从而梁柱32A和32B几乎没有热膨胀和收缩。因此，无需考虑梁柱32A和32B的热膨胀和收缩，从而仅需校正主轴倾斜。
应注意的是，以上描述是针对根据本发明的主轴倾斜检测器用于大型门式机床的情形给出的。但是，根据本发明的主轴倾斜检测器不限于此，而是能应用于各种类型的机床，例如小型机床、具有单根梁柱的机床以及具有移动梁柱的机床。
而且，以上描述是针对其中主轴倾斜检测器配备在每一根梁柱上的情形给出的，但是主轴倾斜检测器的设置不限于此，而是可以为各种类型的结构，例如支撑主轴的滑动架或横梁，提供主轴倾斜校正器。例如，在为横梁设置倾斜校正器的情况下，不仅可以检测由于横梁的热变形(倾动)而引起的主轴倾斜，而且还可检测由于梁柱的热变形(倾动)而引起的主轴倾斜，这是因为通过梁柱的热变形(倾动)，横梁与主轴一起倾动。同时，在为滑动架设置主轴倾斜校正器时，不仅可以检测由于滑动架热变形而引起的主轴倾斜，而且还可以检测由于梁柱的热变形(倾动)和横梁的热变形(倾动)而引起的主轴倾斜，这是因为由于梁柱的热变形(倾动)和横梁的热变形(倾动)，滑动架与主轴一起倾动。换言之，主轴倾斜检测器不仅可设置在热变形(倾动)直接引起主轴倾斜的结构上，而且也可以设置在其他结构上，所述其他结构通过被热变形而直接导致主轴倾斜的该结构的热变形，与主轴一起倾斜。
上述描述是针对在前面板和后面板具有不同壁厚的情况下对主轴倾斜进行检测而给出的。但是，无需多言，根据本发明的主轴倾斜检测器不限于这一情形，而是能用于在上面板和下面板具有不同壁厚、左面板和右面板具有不同壁厚的情况下对主轴倾斜进行检测的情形。而且，根据本发明的主轴倾斜检测器能用于检测由于横梁的扭曲等而引起的主轴倾斜。在此情况下，应将珀尔帖装置附连到横梁等的矩形面板的沿一对角线方向的部分上和/或沿与该一对角线方向交叉的另一对角线方向的部分上。换言之，珀尔帖装置仅需要附连到结构的经受温度差的这些部分中的至少一个部分即可，所述结构由于引起主轴倾斜的所述温度差而热变形。
所述温度调节装置最好是珀尔帖装置，但是不限于珀尔帖装置。所述温度调节装置可以是一种通过例如温度调节流体(热水、冷水等)对结构的温度加以调节的装置。
工业实用性
本发明涉及检测主轴倾斜(倾动)的主轴倾斜检测器和包括该主轴倾斜检测器的机床，本发明在对各种机床，诸如大型门式机床的应用中有效。

Claims (10)

1.一种配备在机床内的主轴倾斜检测器，包括：主轴，用于加工工件的刀具附连到所述主轴上；以及用于支撑所述主轴的结构，所述主轴倾斜检测器包括：
绳，所述绳以上端固定至所述结构且下端附连至配重的方式竖直悬挂；以及
附连到所述绳以测量至所述结构的测量部分的距离的距离传感器以及附连到所述结构以测量至所述绳的测量部分的距离的距离传感器中的任何一个传感器。
2.根据权利要求1所述的主轴倾斜检测器，其中所述距离传感器为非接触式间隙传感器。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的主轴倾斜检测器，还包括：
粘性流体阻尼器，所述粘性流体阻尼器包括容纳在容器内的粘性流体，其中
所述配重被放置在所述粘性流体阻尼器的所述粘性流体内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的主轴倾斜检测器，其中
所述绳、所述配重以及所述距离传感器设置在所述结构内，或者所述绳、所述配重、所述距离传感器以及所述粘性流体阻尼器设置在所述结构内。
5.一种机床，包括：
根据权利要求1至4中任一项所述的主轴倾斜检测器。
6.根据权利要求5所述的机床，还包括：
温度调节装置，所述温度调节装置调节所述结构的温度；以及
主轴倾斜校正控制器，所述主轴倾斜校正控制器通过在基于所述距离传感器测得的距离控制所述温度调节装置的同时校正所述结构的热变形来对由于所述结构的热变形而引起的所述主轴的倾斜进行校正。
7.根据权利要求6所述的机床，其中
所述主轴倾斜校正控制器计算通过所述距离传感器测得的平均距离，并且通过在基于所计算出的平均值而控制所述温度调节装置的同时校正所述结构的热变形来对由于所述结构的热变形而引起的所述主轴的倾斜进行校正。
8.根据权利要求6和7中任一项所述的机床，其中
所述主轴倾斜校正控制器判定由所述距离传感器测得的距离是否在预定测量范围内，并且
当测得的距离在所述测量范围内时，所述主轴倾斜校正控制器通过在基于测得的距离而控制所述温度调节装置的同时校正所述结构的热变形来对由于所述结构的热变形而引起的所述主轴的倾斜进行校正。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的机床，其中
所述温度调节装置为珀尔帖装置，并且所述珀尔帖装置附连到所述结构的经受温度差的部分中的至少一个部分上。
10.根据权利要求9所述的机床，其中
所述珀尔帖装置附连到所述结构的经受温度差的部分中的每一部分上，并且
所述主轴倾斜校正控制器对附连到经受温度差的所述部分中的低温部分上的珀尔帖装置进行控制，使得所述低温部分能被加热，并且对附连到经受温度差的所述部分中的高温部分上的珀尔帖装置进行控制，使得所述高温部分能被冷却。
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