CN102166722B - 高速数控车床的温度和热变形综合监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速数控车床的温度和热变形综合监测系统，包括数据采集模块、数据处理模块和设置在电主轴和刀具上用于监测电主轴和刀具的温度或热变形的传感器，所述传感器采集到温度或热变形信号通过信号调理电路传输给数据采集模块，所述数据采集模块经模数转换后提供给数据处理模块处理，其特征在于所述传感器选用红外温度传感器、铂铑丝温度传感器组、Pt100温度传感器组和激光位移传感器组；所述铂铑丝温度传感器组设置在高速数控车床刀具刀片的至少三面上，所述Pt100温度传感器组设置在高速数控车床刀具刀柄的至少三面上，所述红外温度传感器设置在高速数控车床电主轴的侧面；所述激光位移传感器位于高速数控车床电主轴的轴心延长线上并对电主轴轴向热变形和刀具刀尖的热变形进行监测。

Description

高速数控车床的温度和热变形综合监测系统及监测方法

技术领域

本发明属于高速数控车床的动态测试研究技术领域，具体涉及一种高速数控车床加工过程中的温度和热变形综合监测系统及监测方法。

背景技术

高速数控车床是一种高速运动的高精度、高自动化、高柔性的制造设备。但随着制造技术的不断发展，人们对数控车床的精度和可靠性提出了越来越高的要求，车床的精密化、高速化已经成为一个不可阻挡的发展趋势。在精密加工中，由车床热变形所引起的制造误差占总误差的40％～70％。在高速数控车床中，影响车床热变形的主要因素有电主轴的热变形、刀具的热变形等。电主轴和刀具作为高速数控机床最重要的零部件之一，其热变形为车床热变形的最重要影响因素，它的性能的好坏直接影响着车床的加工精度和加工产品的质量。因此，为了更好的研究高速数控车床的热变形，并为后续的热误差补偿做基础，特别需要研发一种能快速准确的实现高速数控车床中电主轴和刀具的温度场以及热变形综合监测的方法。

在温度测量方面，现广泛使用的是自然热电偶法，但其具有不够稳定、使用不方便、效率与精度低、数据不易处理和冷端不能实现动态补偿等缺点，从而产生较大的测量误差。在热变形测量方面，由于其对测量精度的高要求和测量的实时性，不能使用一般的电涡流位移传感器，更不能待停机后用普通的测量工具进行测量。此外，目前存在的监测方法大多为单一的信号采集分析方法，致使其对于不同对象不同信号的采集并不能做到优化采集、综合监测的目的。

发明内容

本发明目的在于提供一种高速数控车床的温度和热变形监测分析方法，解决目前监测方法单一、难以实现测量高精度和测量的实时性等问题。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种高速数控车床的温度和热变形综合监测系统，包括数据采集模块、数据处理模块和设置在电主轴和刀具上用于监测电主轴和刀具的温度或热变形的传感器，所述传感器采集到温度或热变形信号通过信号调理电路传输给数据采集模块，所述数据采集模块经模数转换后提供给数据处理模块处理，其特征在于所述传感器选用红外温度传感器、铂铑丝温度传感器组、Pt100温度传感器组和激光位移传感器组；所述铂铑丝温度传感器组设置在高速数控车床刀具刀片的至少三面上，所述Pt100温度传感器组设置在高速数控车床刀具刀柄的至少三面上，所述红外温度传感器设置在高速数控车床电主轴的侧面；所述激光位移传感器位于高速数控车床电主轴的轴心延长线上并对电主轴轴向热变形和刀具刀尖的热变形进行监测。

优选的，所述电主轴端热变形测点设置在电主轴的轴端轴心位置。

优选的，所述红外温度传感器的温度测点设置在高速数控车床电主轴的侧面最佳温度测点，所述电主轴侧面最佳温度测点通过电主轴温度变化和电主轴热变形的线性相关性得到。

本发明还提供了一种高速数控车床的温度和热变形综合监测方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

(1)将传感器安装到高速数控车床的电主轴和刀具上，铂铑丝温度传感器组设置在高速数控车床刀具刀片的至少三面上，Pt100温度传感器组设置在高速数控车床刀具刀柄的至少三面上，红外温度传感器设置在高速数控车床电主轴的侧面；激光位移传感器位于高速数控车床电主轴的轴心延长线上；

(2)将传感器采集到的信号送入信号调理电路，信号调理电路将传感器信号调理后送入数据采集模块；

(3)数据采集模块将调理后的传感器信号模数转换后传输给数据处理模块，所述数据处理模块通过数据处理进行监控高速数控车床的电主轴和刀具的温度变化和热变形。

优选的，所述方法还包括在步骤(1)前对传感器的测点位置和安装位置进行确定；所述测点位置包括电主轴侧面的温度测点和电主轴端热变形测点。

优选的，所述方法中电主轴侧面的温度测点为电主轴侧面的最佳温度测点，所述电主轴侧面的最佳温度测点通过电主轴热变形的变化量和电主轴温度的变化量呈线性相关性计算获得。

优选的，所述方法中刀具温度通过刀具刀片至少三面上的铂铑丝温度传感器组、刀具刀柄的至少三面上Pt100温度传感器组和刀具刀片表面上的红外温度传感器检测获得。

优选的，所述方法中刀具热变形通过激光位移传感器检测刀具刀尖测点的X、Y方向变形量获得。

优选的，所述方法中刀具刀尖测点为进给平面上相互垂直的两测定点。

本发明提出了一种高速数控车床热变形综合监测方法，主要采用红外温度传感器来采集电主轴的温度，铂铑丝温度传感器、红外温度传感器和pt100温度传感器来采集刀具不同测点的温度，而且采用激光位移传感器来采集电主轴和刀具的热变形，以实现高速数控车床热变形的多传感器相互配合的监测方法。同时，基于传热学原理，又对电主轴和刀具的测点进行了研究和优化，从而能准确地反映出温度和热变形的实时变化情况。并且，本发明针对采用的两种传感器所采集到信号的特点，使用不同的信号调理电路，并在上位PC机上开发了基于LabVIEW的高速数控车床热变形综合监测软件实现高速数控车床温度和热变形的综合监测。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

本发明综合了高速数控车床中电主轴和刀具的温度以及热变形信息，丰富了对电主轴和刀具的温度以及热变形的测量方法，同时以上述信号为对象实现了对高速数控车床热变形的综合监测，为后续的热误差分析及抑制，提高车床精度提供了可靠的依据。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明高速数控车床温度和热变形综合监测系统的架构框图；

图2为电主轴测点及传感器布置图；

图3为刀具测点及传感器布置图；

图4为铂铑丝温度传感器和pt100温度传感器调理电路原理图；

图5为红外温度传感器调理电路原理图；

图6为激光位移传感器调理电路原理图；

图7为系统软件框架结构图。

其中，1为铂铑丝温度传感器测点；2为pt100温度传感器测点；3为红外温度传感器；4为激光位移传感器；5为最佳温度测点；6为电主轴端热变形测点。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例如图1～7，该高速数控车床的温度和热变形综合监测系统，包括数据采集模块、数据处理模块和设置在电主轴和刀具上用于监测电主轴和刀具的温度或热变形的传感器，所述传感器采集到温度或热变形信号通过信号调理电路传输给数据采集模块，所述数据采集模块经模数转换后提供给数据处理模块处理，所述传感器选用红外温度传感器、铂铑丝温度传感器组、Pt100温度传感器组和激光位移传感器组；所述铂铑丝温度传感器组设置在高速数控车床刀具刀片的至少三面上，所述Pt100温度传感器组设置在高速数控车床刀具刀柄的至少三面上，所述红外温度传感器设置在高速数控车床电主轴的侧面；所述激光位移传感器位于高速数控车床电主轴的轴心延长线上并对电主轴轴向热变形和刀具刀尖的热变形进行监测。所述电主轴端热变形测点设置在电主轴的轴端轴心位置。所述红外温度传感器的温度测点设置在高速数控车床电主轴的侧面最佳温度测点，所述电主轴侧面最佳温度测点通过电主轴温度变化和电主轴热变形的线性相关性得到。

进行高速数控车床的温度和热变形综合监测时，首先将传感器安装到高速数控车床的电主轴和刀具上，其次将传感器采集到的信号送入信号调理电路，调理后的信号经数据采集卡进入上位PC机，上位PC机对采集到的多路信号进行分析处理，实现对高速数控车床温度和热变形的综合监测。

具体的说，先将传感器安装到高速数控车床的电主轴和刀具上，铂铑丝温度传感器组设置在高速数控车床刀具刀片的至少三面上，Pt100温度传感器组设置在高速数控车床刀具刀柄的至少三面上，红外温度传感器设置在高速数控车床电主轴的侧面；激光位移传感器位于高速数控车床电主轴的轴心延长线上；然后将传感器采集到的信号送入信号调理电路，信号调理电路将传感器信号调理后送入数据采集模块；最后数据采集模块将调理后的传感器信号模数转换后传输给数据处理模块，所述数据处理模块通过数据处理进行监控高速数控车床的电主轴和刀具的温度变化和热变形。

进行监测前先对传感器的测点位置和安装位置进行确定；所述测点位置包括电主轴侧面的温度测点和电主轴端热变形测点。电主轴侧面的温度测点为电主轴侧面的最佳温度测点，所述电主轴侧面的最佳温度测点通过电主轴热变形的变化量和电主轴温度的变化量呈线性相关性计算获得。刀具温度通过刀具刀片至少三面上的铂铑丝温度传感器组、刀具刀柄的至少三面上Pt100温度传感器组和刀具刀片表面上的红外温度传感器检测获得。刀具热变形通过激光位移传感器检测刀具刀尖测点的X、Y

方向变形量获得。刀具刀尖测点为进给平面上相互垂直的两测定点。

本发明采用理论计算和实际测量相结合的方法实现高速数控车床电主轴和刀具的温度以及热变形的定量分析，即采用有限元分析法对高速数控车床电主轴和刀具的温度以及热变形进行理论计算分析，同时采用红外温度传感器、铂铑丝温度传感器等温度传感器和激光位移传感器分别对电主轴和刀具的温度以及热变形进行实际测量来验证、修改理论计算模型，从而最终得到高速数控车床电主轴和刀具的准确温度场分布及其相应热变形量，并以此为依据对高速数控车床工作过程中的热误差进行补偿。

有限元建模分析时，先对温度场进行建模得出温度场模型，然后以温度场模型为依据进行热结构耦合才能得到电主轴和刀具的热变形量，因此测量温度是先决条件；同时为了验证所建立的电主轴和刀具的热变形计算模型是否正确，还需要测量相应的热变形量，因此热变形量的测量是必要条件。以下对本发明的关键点进行详细描述：

(一)测点确定

热误差随时间变化的规律很复杂，在机床热误差研究中采用最佳温度测点，不仅可以建立精度较高的热误差模型，实现实时误差补偿，还可以大大减少温度传感器的数量，提高测量效率。机床主轴模型如图2所示。主轴左端固定，右端可自由伸长：恒定热量Q从主轴左端流入，起始时刻主轴温度为常数T₀。

如图2所示，电主轴温度分布由轴向坐标x和传热时间t决定：T＝T(x，t)。在该轴上至少存在一点ζ，其热变形的变化量和温度的变化量之间存在如下关系：

也就是说，至少存在一个温度测点ζ使得该点处的温度变化ΔT可以单独描述电主轴热变形ΔL，并且该温度测点ζ处的温度变化ΔT与电主轴热变形ΔL呈线性关系。但单靠理论分析无法得出该温度测点的准确位置，因此需要通过实验分析来逼近该最佳温度测点。通过对轴向顺序测点温度采集分析，以温度变化ΔT与电主轴热变形ΔL之间线性相关性为依据，依次迭代找出该最佳温度测点。

实验分析时，可以在主轴上按黄金分割法从左到右依次选取12个温度测点，测量该轴的温度分布，并在该轴右端沿轴向放置1个位移传感器，测量该轴的轴向热变形。2min采样1次。由于切削状态下不便测量，故实验时使该轴左端受热，测点1处的温度升高到60℃左右，然后让该轴自然冷却。并分别画这12个测点处的温度增量-热变形(ΔT-ΔL)图。由该图可以看到温度变化ΔT和主轴热变形ΔL之间的关系，并可由此实验知道：机床主轴上确实存在1个温度测点，在该点处的温度变化可以单独表示主轴热变形且与主轴热变形呈近似的线性关系，该点即为主轴上的最佳温度测点。

因为实际情况下外界环境以及主轴本身各项特性之间存在差异，最佳温度点的位置会有所不同，其范围在主轴靠近热源端的L/3～L/2之间。考虑到在加热过程中，主轴上存在连续的温度分布，且由实验分析可知在靠近热源L/3～L/2之间必然存在一个最佳温度测点，所以可采用黄金分割法反复迭代，对最佳温度测点位置的选择加以优化。对于电主轴(以主轴尺寸Φ60mm×600mm为例)，其最佳温度点的搜索区间为(20cm，30cm)，将温度测点与主轴热变形之间的相关性作为筛选依据。又因为实验所采用的温度传感器直径为Φ1.0cm，所以当搜索区间小于1.0cm时，就可以认为已找到最佳温度测点，并结束迭代过程，即可以确定最佳温度测点。

如图2所示，电主轴热变形主要表征为轴端的变形量ΔL，因此将测点布置于电主轴的轴端，最好设置在电主轴的轴心线上，这样更易于确定电主轴热变形测量测点。如图3所示，以热误差分析补偿做基础，通过刀具至少6个面的对流换热系数和前刀面上的热流密度可以确定刀具温度测量测点，故此处需要采集该7个点的实时温度变化。而通过测量刀具在x和y方向的变形量，可以确定刀具热变形，因此在刀具处布置两个垂直的测点。

(二)传感器选择

本发明电主轴温度测量传感器采用1路非接触式的红外温度传感器进行测量。刀具温度测量传感器根据刀具不同部位温度范围不同和刀具加工时安装的要求同时结合各种传感器的不同特点，采用铂铑丝温度传感器，pt100温度传感器和红外温度传感器共7路进行温度采样测量，如图3所示。因为刀片处温度较高故其上3个测点采用测量范围较广且线性度较好的铂铑丝温度传感器进行测量。刀柄处三点的温度较低，因此3个测点采用测量范围在0～500℃而线性度很好的pt100温度传感器进行测量。为了验证推算数据的正确性，并考虑到刀片工作面上切屑较多，故刀片工作面上可以采用非接触式的红外温度传感器进行测量，当然红外温度传感器的测点并不一定在刀片工作面上。

刀具刀片的3个测点位置为铂铑丝温度传感器，刀具刀柄3个位置是pt100温度传感器，第7点采用红外温度传感器。刀片是由螺母固定在刀柄上的，目前多数高档的刀具都是这种形式。本发明安排了3个铂铑丝温度传感器、3个pt100温度传感器和1个红外温度传感器总共7个传感器，来测量7个实时温度变化参数。因为要采集好多组温度数据(1组数据包括7个实时温度变化参数)，而铂铑丝温度传感器和pt100温度传感器是接触式的，不方便经常变动，而红外温度传感器是非接触式的，可以经常变动测点，因此借助其测点变换可以获取多组温度数据；经有限元对温度场进行建模分析，便可以用现有的7个温度参数去推算出7个参变量，进而能再推算出刀具上其余点的温度，因此为了验证推算数据的正确性，故可以采用能方便变动测点的非接触式的红外温度传感器进行测量验证。

鉴于激光位移传感器适应性强、速度快、精度高以及非接触性等特点和对本测量环境考虑，刀具热变形测量传感器采用2路激光位移传感器测量刀具在切削过程中沿x和y两个方向的变形量。电主轴热变形测量传感器采用1路非接触式的激光位移传感器进行测量。

红外温度传感器射出两束光线，上下移动传感器，当该两束光线在被测物体表面汇聚对焦时，便是最佳测量距离，大概离被测物体表面20cm左右。激光位移传感器安装在垂直电主轴轴端一定距离的地方，也对其进行光线汇聚对焦处理，布置于合适的位置。具体的说，激光位移传感器是非接触传感器，因此激光位移传感器监测刀具时布置在刀具的x和y两个方向的延长线上，和刀具的面不能接触。激光位移传感器监测电主轴时布置在电主轴的轴心线延长线上。

(三)信号调理电路

铂铑丝温度传感器和pt100温度传感器调理：前述两温度传感器产生的热电势信号为毫伏级微弱信号，而数据采集卡的量程较高，信号幅值过小不易采集，因此必须对热电势信号进行线性放大。此处采用TDA2030A作为放大器芯片，请参阅图4所示。其放大倍数为v_o(1+R₆/R₅)v_i，其中R₅、R₆为增益电阻，本处取R₅＝1kΩ，R₅＝100kΩ，故增益为100。功率对管BD908和BD907是一种低值器件，用来增强放大芯片驱动负载的能力。并采用整流二极管1N5400对其进行输出保护，采用去耦电容C3来保证当BD908和BD907上需要较大的基极电流时不至于影响到TDA2030A的电源供应，加电阻R7和电容C9防止放大器产生低频自激。

红外温度传感器调理：为了消除高频噪声干扰，设计了一个截止频率为50Hz的有源低通滤波器。通过对相同阶数的Bessel、Butterworth和Chebyshev等多种滤波器的性能分析比较，本调理电路采用Butterworth滤波器来设计该滤波器，电路的拓扑结构采用Sallen-Key结构，放大器芯片采用Op07，以构造一个可放入狭小印刷电路板中的4阶Butterworth滤波器，请参阅图5所示。测量结果表明，该滤波器在分析频段内几乎不出现峰值、平坦度好，并且阻带抑制效果好，同时微分增益和相位也很不错。

激光位移传感器调理：该传感器模拟输出为4mA～20mA两线制电流输出，因此需要将其转换成1V～5V的电压信号，以便输送给数据采集卡进行采集。其输入电流为i_I，输出形为v_o＝-kRi_I的输出电压，这里-kR是电路增益，以V/A计，是一个负值，这是由于i_I参考方向选取的原因。其中k＝1+R₂/R₁+R₂/R，本处取R＝50Ω，R₁＝1kΩ，R₂＝191Ω，故增益为250V/A。请参阅图6所示，此处放大器芯片采用Op07。

(四)上位PC机软件设计

根据软件的目标要求，要实现一个高速数控车床中电主轴和刀具的温度以及热变形综合监测的软件，鉴于此本软件开发了3个功能模块，分别是数据采集、数据分析以及数据存储模块。

数据采集：采用数据采集缓冲技术和零点漂移补偿等技术，实现了参数设置、数据显示以及原始数据存储等功能。

数据分析：采集到的信号还需要经过一系列的处理和计算分析，才能提取出符合需求的有用信号，获得所需的测量结果。该模块主要包括数据回放、数据截取以及数据各种时域量的计算分析。

数据存储：对该高速数控车床进行现场测量所得到的数据，多数时候并不需要即刻对其进行处理分析，故需要对其进行保存以待后续的分析研究。该模块有文件夹方式和数据库方式两种。

上位PC机所开发软件的各个模块均是典型的数据保存、分析、处理模块。在连续数据采集过程中，当采用较高采集频率时，长时间的采集会使得数据文件相当大，对数据的实时显示和存储带来一定的困难，有可能导致数据的溢出和丢失。因此，在连续采集时，要考虑数据采集过程中的缓冲技术。LabVIEW有两种缓冲技术：简单缓冲采集和循环缓冲采集。

使用简单缓冲采集获取信号波形时，必须在程序中指定数据的样本数和通道号，根据这些信息，LabVIEW才能分配一块大小为采样数与通道数乘积的缓冲区，用以存放数据。采集进行时，数据就被放到缓冲区中，但是在采集完成之前，这些数据不能被访问，只有到采集结束，缓冲区中的数据才可以用来进行计算、分析、存储等操作。

循环缓冲采集时，在往缓冲区存放数据的同时，可以读取其中已有的数据，当缓冲区满时，从缓冲区开始处重新存放新的数据，先存入缓冲区的数据将被覆盖。只要存放数据的速度和读取数据的速度配合适当，就可以实现用一块有限的存储区来实现数据的连续传送。使用循环缓冲采集时，数据采集卡进行连续的数据采集，而LabVEIW在两次读取缓冲区数据的时间间隔里对数据进行访问。在使用循环缓存采集时，要确保程序读取数据的速度不慢于采集设备往缓冲区中存放数据的速度，这样才能保证连续采集，缓冲区中的数据不会溢出丢失。如果数据读取数度快于存放速度，则LabVEIW会等待数据存放好后再读取；如果读取数据的速度慢于存放数据的速度，数据可能被覆盖而丢失。

补偿零点问题关系到测量的准确性和可靠性。理想的情况下，当被测信号没有变化时，测试系统应该显示为初始状态，即为零点。由于环境电网、传感器分辨率、A/D转换精度等原因，采集的信号会发生变化，即为零点漂移，通常可分为时漂和温漂。如果不将零点消除，将影响整个系统测量的基准，甚至在测量微弱变化的信号中，这种系统噪声将淹没有用信号而使测量无法实现。因此，必须对系统零点进行补偿。

本系统通过软件方式使系统在每次测量时能对零点进行补偿。在正式采样前，对系统各环节进行预热，然后进行预采样，通过统计分析方法获取零点，并产生一个偏移量对零点实行补偿。

本发明采集到的历史数据以数组的形式存储于计算机，对其回放可以察看数据是否合理，实验是否需要重做，有助于数据的分析和处理，提高实验效率。本发明的软件还可以对理论上无限长的数据进行截取处理，对特定截取段进行保存、分析、处理。本发明的软件还可以信号处理中对信号在时域中进行计算分析，如平均值处理、均方根值处理等等。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高速数控车床的温度和热变形综合监测系统，包括数据采集模块、数据处理模块和设置在电主轴和刀具上用于监测电主轴和刀具的温度和热变形的传感器，所述传感器采集到温度或热变形信号通过信号调理电路传输给数据采集模块，所述数据采集模块经模数转换后提供给数据处理模块处理，其特征在于所述传感器选用红外温度传感器、铂铑丝温度传感器组、Pt100温度传感器组和激光位移传感器组；所述铂铑丝温度传感器组设置在高速数控车床刀具刀片的至少三面上，所述Pt100温度传感器组设置在高速数控车床刀具刀柄的至少三面上，所述红外温度传感器设置在高速数控车床电主轴的侧面；所述激光位移传感器位于高速数控车床电主轴的轴心延长线上并对电主轴轴向热变形和刀具刀尖的热变形进行监测。

2.根据权利要求1所述的高速数控车床的温度和热变形综合监测系统，其特征在于所述电主轴端热变形测点设置在电主轴的轴端轴心位置。

3.根据权利要求1所述的高速数控车床的温度和热变形综合监测系统，其特征在于所述红外温度传感器的温度测点设置在高速数控车床电主轴的侧面最佳温度测点，所述电主轴侧面最佳温度测点通过电主轴温度变化和电主轴热变形的线性相关性得到；所述最佳温度测点的获取方法为将主轴左端固定，右端可自由伸长，恒定热量Q从主轴左端流入，起始时刻主轴温度为常数T₀；则电主轴温度分布由轴向坐标x和传热时间t决定：T＝T(x，t)；在该轴上至少存在一点ζ，其热变形的变化量和温度的变化量之间存在如下关系：通过对轴向顺序测点温度采集分析，以温度变化ΔT与电主轴热变形ΔL之间线性相关性为依据，依次迭代找出该最佳温度测点。

4.一种高速数控车床的温度和热变形综合监测方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

(1)对传感器的测点位置和安装位置进行预先确定；所述测点位置包括电主轴侧面的温度测点和电主轴端热变形测点；将传感器安装到高速数控车床的电主轴和刀具上，铂铑丝温度传感器组设置在高速数控车床刀具刀片的至少三面上，Pt100温度传感器组设置在高速数控车床刀具刀柄的至少三面上，红外温度传感器设置在高速数控车床电主轴的侧面；激光位移传感器位于高速数控车床电主轴的轴心延长线上并对电主轴轴向热变形和刀具刀尖的热变形进行监测；电主轴侧面的温度测点为电主轴侧面的最佳温度测点，所述电主轴侧面的最佳温度测点通过电主轴热变形的变化量和电主轴温度的变化量呈线性相关性计算获得；所述最佳温度测点的获取方法为将主轴左端固定，右端可自由伸长，恒定热量Q从主轴左端流入，起始时刻主轴温度为常数T₀；则电主轴温度分布由轴向坐标x和传热时间t决定：T＝T(x，t)；在该轴上至少存在一点ζ，其热变形的变化量和温度的变化量之间存在如下关系：

通过对轴向顺序测点温度采集分析，以温度变化ΔT与电主轴热变形ΔL之间线性相关性为依据，依次迭代找出该最佳温度测点；

(2)将传感器采集到的信号送入信号调理电路，信号调理电路将传感器信号调理后送入数据采集模块；

(3)数据采集模块将调理后的传感器信号模数转换后传输给数据处理模块，所述数据处理模块通过数据处理进行监控高速数控车床的电主轴和刀具的温度变化和热变形。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法中刀具温度通过刀具刀片至少三面上的铂铑丝温度传感器组、刀具刀柄的至少三面上Pt100温度传感器组和刀具刀片表面上的红外温度传感器检测获得。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法中刀具热变形通过激光位移传感器检测刀具刀尖测点的X、Y方向变形量获得。

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