CN103442845A - 具有热变形补偿的测量工具的机床 - Google Patents

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Abstract

一种机床，例如，大尺寸的机床，包括：台座(2)，直立基部(4)，直立基部的平移的控制装置，包括固定至所述台座(2)的光线路或者线性编码器(20)的直立基部位置传感器，用于探测所述光线路的温度(TI…，Tn)的装置，以及用于处理来自所述光线路温度探测装置的温度信号和所述直立基部平移控制装置的信号的管理装置(30)，以根据沿着所述光线路探测至少一个温度确定用于所述直立基部平移控制装置的校正信号。

Description

具有热变形补偿的测量工具的机床
本发明的主题是机床，特别是大尺寸的机床，所述机床具有用于探测和补偿所述机器的测量工具的热变形的装置。
在温度和湿度不受控制的工作环境中，非常需要在媒介和大尺寸机械部件上执行高精度机械加工操作，所述工作环境例如为位于冰冷或者潮湿的区域中的大车间，通常那里的温度大大地降至15℃以下，并且在白天和夜晚之间伴随着巨大的热量波动。
在这种工作环境中，常常发生（甚至在机器运行期间）这种情况，与所述机床分离的待加工的工件和该工件安装在其上的支撑物是冷的（与周围环境一样），而所述机床的部件趋于升温。
众所周知的，这不仅决定了所述机床的心轴或者钻杆的变形（这样的话就使得有必要使用补偿系统），而且决定了所述机床的测量装置（例如，光线路或者线性编码器）的变形，从而成为加工操作的不精确的另一原因。
本发明的目的是制造一种机床，特别是一种大尺寸、能够解决上述问题的机床。
这个目的通过根据权利要求1所制造的机床而实现。
根据本发明的机床的特征和优点通过以下提供的描述变得明显，这些描述通过实例的方式以及非限定性的方式给出，与附图相一致，附图中：
图1示出了根据本发明的对应于一个实施例的机床的平面图，；
图2和图3示出了图1中的框Ⅱ和框Ⅲ的放大视图；
图4描绘了图1中的机床的主视图；
图5示出了图4中的框V的放大视图；
图6描绘了根据本发明的对应于另一个实施例的机床的平面图；
图7、图8和图9分别示出了图6中的框Ⅶ、Ⅷ和Ⅸ各自的放大视图；以及
图10描绘了根据本发明的加工系统的平面图。
参考附图，参考标号1总体上表示机床，例如，大尺寸的铣镗机床，包括台座2，所述台座具有沿着主轴线X的主延伸部。
台座2固定并放置在基座F上并且支撑表面确定水平的工作面平面T。
机床1还包括直立基部4，所述基部装在台座2的顶上并且由所述台座支撑，所述基部可沿着主轴线X以可控制的方式平移。例如，机床1包括直立基部的平移的控制装置，该控制装置操作性地与相关的机械连接，以控制直立基部4的受控平移。
机床1还包括直立部件6，所述直立部件紧固在直立基部4上并且由所述基部支撑，所述直立部件具有沿着竖直轴线Y的主延伸部，所述竖直轴线相对于工作面平面T成直角。直立部件6优选地具有箱形结构并且通过沿着所述竖直轴线Y延伸的环状侧壁界定。
机床1还包括托架8，所述托架由直立部件6支撑，与所述直立部件的侧壁相接合，并且可沿着竖直轴线Y以可控制的方式平移。例如，机床1包括所述托架的平移的控制装置，所述控制装置操作性地与相关的机械连接，以控制托架8的受控平移。
机床1还包括通过托架8支撑的心轴保持件10和通过心轴保持件10支撑的心轴12，所述心轴可绕着工作轴线W旋转，相对于竖直轴线Y并且相对于主轴线X成直角，以执行加工操作；优选地，心轴保持件10沿工作轴线W的方向以可控制的方式平移。例如，机床1包括所述心轴保持件的平移的控制装置，所述控制装置操作性地与相关的机械连接，以控制心轴保持件10的受控平移。
机床1具有至少一个位置传感器，所述传感器适于探测机床1的可平移部件相对于主参考系统的位置。
例如，机床1包括直立基部4的位置传感器，该传感器适于探测直立基部4沿着主轴线X的位置。所述位置传感器（例如，线性编码器）包括光线路20，所述管线路固定至台座2，例如，固定在所述台座的上表面上，沿着所述台座的主延伸轴线X定位。
光线路20在参考点R处固定至台座2；参考点R表示所述主参考系统的原点。
例如，参考点R接近台座2的末端。
根据一个变型实施例，所述光线路包括测量卷尺和箱体；所述箱体固定至所述台座。沿着所述线，所述箱体被分成通过塑料元件分隔的区段，以适应膨胀。优选地，每个区段固定至所述台座。
机床1还包括用于探测光线路20的温度的装置，所述装置适于在沿着主轴线X的至少一个位置探测所述光线路的温度并且产生相应的温度信号。
例如，用于探测光线路的温度的装置包括：第一温度传感器T1，适于在光线路20的参考点R附近的位置探测所述光线路的温度；第二温度传感器T2，适于在沿着主轴线X远离参考点R的位置探测所述光线路的温度；以及至少一个更远的温度传感器Tn，适于在沿着主轴线X更远离参考点R的位置探测所述光线路的温度。
优选地，所述温度传感器同所述光线路相接触。
机床1还包括管理装置30，所述管理装置操作性地连接至用于探测光线路的温度的装置，并且连接至所述直立基部的平移的控制装置，所述管理装置适于处理来自用于探测光线路的温度的装置的温度信号以及所述直立基部的平移的所述控制装置的信号，以根据所述光线路的至少一个温度并且考虑所述光线路的线性热膨胀系数来确定用于所述直立基部的平移控制装置的校正信号。
例如，所述管理装置是电子控制装置，例如，包括PLC、配电板或者微处理器。
根据一个优选的实施例，此外，机床1包括用于探测所述光线路的参考点R的运动的装置，该装置适于产生参考运动信号。
例如，探测参考点的运动的所述装置包括触头40，该触头与所述光线路的参考点R相接触并且通过固定的定位器支撑，所述定位器与所述台座热隔离，例如，与所述机床放置于其上的基座F形成整体。
例如，根据一个实施例，触头40定位于台座2的对应于所述光线路的参考点R的末端处。
优选地，探测参考点的运动的所述装置包括柱42，该柱固定至基座F。
优选地，此外，探测参考点的运动的所述装置包括杆44，所述杆由基本不变形的材料制成，例如，INVAR（具有1*10-61/℃的线性热膨胀系数），所述杆固定在所述光线路的与所述参考点相对应的一侧并且与在另一侧上的触头40相接合。
探测参考点的运动的所述装置操作性地连接至管理装置30，以便根据沿着所述光线路的至少一个温度读数并且根据参考点R的运动的信号来确定用于所述直立基部的平移的控制装置的校正信号。
根据另一个实施例（图6），参考点R在沿着主轴线X的中间位置中，其中所述参考点表示主参考系统的原点，其中所述光线路固定至所述台座。
加工系统100包括上述机床1、工件台架（piece-holder table）102以及待加工的工件P，所述工件台架与所述机床相对地放置，所述工件由所述工件台架支撑（图10）。
对于待加工的工件P或者对于工件台架102，工件/工件台夹的V轴线一般是可以看作是相同的，与台座2的主轴线X相交（incident），例如，与该轴线成直角。
在优选的实施例中，参考点R在台座2的主轴线X与工件/工件台架的V轴线之间的交点处，所述参考点表示所述主参考系统的原点，其中所述光线路优选地固定至所述台座。
根据又一个实施例（为了方便起见一直在图6中示出），光线路20固定至台座2的前表面上，并且直立基部4的位置通过附件50探测，所述附件与所述直立基部成为整体并且可通过所述光线路探测。
为了更清楚起见，上面已经参考所述直立基部相对于所述台座沿着主轴线X的平移进行了说明。
根据另一个变型实施例，本发明的思想可以概括为，托架相对于直立基部沿着竖直轴线Y的平移，或者所述心轴保持件相对于所述托架的沿着工作轴线W的平移。
根据变型实施例，上述发明思想可以应用于卧式铣镗机床、立式移动龙门铣床、具有移动工作台的立式铣床、车削和铣削中心、回转铣槽机床、旋转平移（roto-translating）工作台、卧式机加工中心、立式机加工中心、立式镗床、深孔镗床、以及连续自动工作机床（transfer machine）。特别地，该思想特别可应用于大尺寸机床，也即，除刨花机床，其中水平尺寸远大于单个工作站的水平尺寸；例如，对于大尺寸的水平铣镗机床，所述台座的最小长度是例如，4000mm。
创新地，根据本发明的机床允许增加机床操作的精度，包括在温度或者湿度方面不受控制的工作环境中。
特别是，有利地，所述机床使得能够通过很大程度上消除热变形的有害影响而抵消机床本身的测量部件的伸长。
为了满足可能发生的需求，本领域的技术人员肯定能够改变上述机床，所有改变均包括在由所附权利要求所限定的保护范围内。

Claims (17)

1.一种机床，例如为大尺寸的机床，包括：
-台座（2），所述台座具有沿着主轴线（X）的主延伸部；
-直立基部（4），所述直立基部安装在所述台座（2）的顶部并且由所述台座支撑，所述直立基部能够沿着所述主轴线（X）以可控制的方式平移；
-所述直立基部的平移的控制装置，所述控制装置适于控制所述直立基部（4）的指令平移；
-所述直立基部的位置传感器，所述位置传感器适于测量所述直立基部（4）沿着所述主轴线（X）的位置，所述位置传感器包括固定至所述台座（2）的光线路或者线性编码器（20），其中所述光线路上的参考点（R）表示主参考系统的原点；
-所述光线路的温度探测装置（T1，…，Tn），所述温度探测装置适于在沿着所述主轴线（X）的至少一个位置中探测所述光线路的温度并且产生相应的温度信号；
-用于所述光线路（20）的参考点（R）的运动探测装置，适于产生参考点运动信号；
-管理装置（30），所述管理装置操作性地连接至所述光线路的温度探测装置、所述直立基部的平移控制装置以及所述参考点的运动探测装置，所述管理装置适于处理所述温度信号、所述参考点运动信号以及所述直立基部的所述平移控制装置的信号，以确定用于所述直立基部的平移控制装置的校正信号。
2.根据权利要求1所述的机床，其中，所述参考点（R）是所述光线路紧固至所述台座（2）的紧固点。
3.根据前述权利要求中任一项所述的机床，其中，所述参考点（R）的运动探测装置包括杆（44），所述杆由基本上不会热变形的材料例如INVAR制成，所述杆固定在所述光线路的与所述参考点（R）相对应的一侧上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机床，其中，所述参考点（R）的运动探测装置包括触头（40），所述触头通过固定的定位器支撑，所述定位器与所述台座热隔离，例如，与上面安置有所述机床的基座（F）形成为整体。
5.根据前述权利要求中任一项所述的机床，其中，所述光线路的温度探测装置包括多个传感器（T1,….Tn），所述传感器沿着所述主轴线（X）间隔分布，并与所述光线路相接触。
6.根据前述权利要求中任一项所述的机床，其中，所述管理装置是电子管理装置，例如包括PLC、和配电板或者微处理器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的机床，其中，所述光线路（20）沿着所述主轴线（X）在所述台座（2）的一端处附接至所述台座。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的机床，其中，所述光线路（20）在沿着所述主轴线（X）的中间位置中附接至所述台座（2）。
9.根据前述权利要求中任一项所述的机床，其中，所述光线路由所述台座的上侧支撑。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的机床，其中，所述光线路支撑在所述台座的前侧上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的机床，包括：
-直立部件（6），所述直立部件固定至所述直立基部（4）并且由所述直立基部支撑，所述直立部件主要沿着竖直轴线（Y）延伸；
-托架（8），所述托架由所述直立部件（6）支撑，所述托架能够沿着所述竖直轴线（Y）以可控制的方式平移；
-心轴保持件（10）和心轴（12），所述心轴保持件由所述托架（8）支撑，所述心轴由所述心轴保持件（10）支撑，所述心轴能绕着工作轴线（W）旋转，相对于所述竖直轴线（Y）和所述主轴线（X）成直角，以执行所述处理，其中，所述心轴保持件（10）能够在所述工作轴线（W）的方向上以可控制的方式平移。
12.一种用于机床的系统，包括：
-基座（F），所述基座形成在地面上，所述基座限定水平面（T）；
-根据前述权利要求中任一项制成的机床（1），所述机床由所述基座（F）支撑。
13.根据权利要求14所述的系统，包括：
-工件台架（102），所述工件台架与所述机床相对地放置；
-待加工的工件（P），所述工件由所述工件台架（102）支撑，其中，用于所述工件（P）或者所述工件台架（102）的工件/台架轴线（V）能够定义为与所述机床的主轴线（X）相交；
其中，所述光线路（20）在沿着所述主轴线（X）的中间位置中附接至所述台座（2），并且参考点（R）能够定义为所述参考系统的原点，所述参考点对应于所述主轴线（X）与所述工件/台架轴线（V）之间的交叉点。
14.一种用于机床的用来沿着台座（2）定位直立基部（4）的方法，所述台座沿着主轴线（X）延伸，所述方法包括如下步骤：
-获取沿着所述台座（2）布置的光线路或者线性编码器的至少一个温度值，其中，对于所述光线路，参考点（R）能够被确定为所述参考系统的原点；
-探测所述光线路的所述参考点（R）的运动；
-处理所述温度值以确定至少由所述光线路的理想位置而导致的温度所引起的移动值，并且基于所述光线路的线性热膨胀系数以及根据所述参考点的移动来确定沿着所述光线路的取决于所述理想位置和所述移动值的正确位置。
-沿着所述台座将所述直立基部平移至所述正确位置。
15.一种机床，例如为大尺寸的机床，包括：
-台座（2），所述台座沿着主轴线（X）延伸；
-直立基部（4），所述直立基部安装在所述台座（2）的顶上并且由所述台座支撑，所述直立基部能够沿着所述主轴线（X）以可控制的方式平移；
-直立部件（6），所述直立部件固定至所述直立基部（4）并且由所述直立基部支撑，所述直立部件主要沿着竖直轴线（Y）延伸；
-托架（8），所述托架由所述直立部件（6）支撑，并且能沿着所述竖直轴线（Y）以可控制的方式平移；
-托架平移指令装置，所述托架平移指令装置适于控制所述托架（8）的施加平移；
-托架位置传感器，所述托架位置传感器适于探测所述托架沿着所述竖直轴线（Y）的位置，所述托架位置传感器包括固定至所述直立部件的光线路或者线性编码器，对于所述光线路或者线性编码器，能够将参考点（R）确定作为参考系统的原点；
-所述光线路的温度探测装置，适于在沿着所述竖直轴线（Y）的至少一个位置中测量所述光线路的温度，并且产生相应的温度信号；
-用于所述光线路的参考点（R）的移动探测装置，适于产生参考点移动信号；
-管理装置，所述管理装置操作性地连接至所述光线路的温度探测装置，并且连接至所述托架的平移控制装置，还连接至所述参考点的移动探测装置，所述管理装置适于处理所述温度信号、所述参考点移动信号以及所述托架平移控制装置的信号，以确定用于所述托架平移控制装置的校正信号。
16.一种机床，例如为大尺寸的机床，包括：
-台座（2），所述台座沿着主轴线（X）延伸；
-直立基部（4），所述直立基部安装在所述台座（2）的顶上并且由所述台座支撑，所述直立基部能够沿着所述主轴线（X）以可控制的方式平移；
-直立部件（6），所述直立部件固定至所述直立基部（4）并且由所述直立基部支撑，所述直立部件主要沿着竖直轴线（Y）延伸；
-托架（8），所述托架由所述直立部件（6）支撑，并且能够沿着所述竖直轴线（Y）以可控制的方式平移；
-心轴支座（10）和心轴（12），所述心轴支座由所述托架（8）支撑，所述心轴由所述心轴保持件（10）支撑，所述心轴能绕着工作轴线（W）旋转，且相对于所述竖直轴线（Y）和所述主轴线（X）成直角，以执行所述处理，其中所述心轴保持件（10）能够在所述工作轴线（W）的方向上以可控制的方式平移；
-所述心轴保持件的位置传感器，所述位置传感器适于探测所述心轴保持件沿着所述工作轴线（W）的位置，所述位置传感器包括固定至所述直立部件的光线路或者线性编码器，对于所述光线路或者线性编码器，能够将参考点（R）确定作为所述参考系统的原点；
-所述光线路的温度探测装置，适于在沿着所述工作轴线（W）的至少一个位置中探测所述光线路的温度，并且产生相应的温度信号；
-用于所述光线路的参考点（R）的移动探测装置，适于产生参考点移动信号；
-管理装置，所述管理装置操作性地连接至所述光线路的温度探测装置，并且连接至所述心轴保持件的平移控制装置，还连接至用于所述参考点的移动探测装置，所述管理装置适于处理所述温度信号、所述参考点移动信号以及所述心轴保持件的所述平移控制装置的信号，以确定用于所述心轴保持件的平移控制装置的校正信号。
17.根据权利要求1至11或15或16中任一项所述的机床，从包括下述项目的组中选择：卧式铣镗机床、立式移动龙门铣床、具有移动工作台的立式铣床、车削和铣削中心、回转铣槽机床、旋转移动工作台、卧式加工中心、立式加工中心、立式镗床、深孔镗床、以及连续自动工作机床，所述机床例如为大尺寸的机床。
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