CN103786072A - 主轴热伸长量补偿结构及其方法 - Google Patents

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邱玉良
高鹤鸣
秦之旭
邵江涛
梁义成
王岩
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    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/0003—Arrangements for preventing undesired thermal effects on tools or parts of the machine
    • B23Q11/0007—Arrangements for preventing undesired thermal effects on tools or parts of the machine by compensating occurring thermal dilations

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Abstract

本发明公开了一种主轴热伸长量补偿结构，设有主轴、长度测量传感器和数控系统，其特征在于所述主轴的轴心内设有膨胀系数大的金属杆，且金属杆后端长出主轴后端，所述金属杆后端一侧的支架上设有长度测量传感器，长度测量传感器与数控系统相连接，所述数控系统中的PLC控制器内嵌有主轴热伸长量补偿计算方法，极大提高了机床主轴的行程定位精度，保证了零件机械加工的精度及质量。

Description

主轴热伸长量补偿结构及其方法
技术领域
本发明涉及机床技术领域，具体地说是一种主轴热伸长量补偿结构及其方法。
背景技术
在现有的机床行业中，机床正朝着高速、高精的方向发展，市场对这种机床的需求也是大量的增加。而解决机床主轴定位补偿问题就成了机床行业中一个共同的难题，然而大多数的机床厂家并未找到一种很精确地测量主轴热伸长量的方法，在这种形式下，主轴温升长度变化及变化补偿成了一种亟待解决的问题。
经检索，CN101944795公开了一种热伸长自检测的电主轴结构，其不足是：结构复杂，需要两个传感器来测量，即：用于测量动子相对于套筒热伸长的非接触位移传感器套在前端主轴上，非接触位移传感器固定于主轴前端轴承端盖中，用于测量温度的温度传感器轴向均匀布置于套筒的外圆柱面上，由于电主轴的热伸长主要是轴向伸长，而该发明中的轴向窜动的补偿方法操作起来非常麻烦，数据精度低、补偿精度差。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构紧凑、方法简单、测量精准、补偿精度高、主轴行程的定位精度高、提高加工精度和质量的主轴热伸长量补偿结构及其方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种主轴热伸长量补偿结构，设有主轴、长度测量传感器和数控系统，其特征在于所述主轴的轴心内设有膨胀系数大的金属杆，且金属杆后端长出主轴后端，使金属杆的受热环境直接体现了主轴的受热环境，所述金属杆后端一侧的支架上设有长度测量传感器，长度测量传感器与数控系统相连接，所述数控系统中的PLC控制器内嵌有热伸长量补偿计算方法，通过长度测量传感器测量金属杆的长度变化，并根据主轴材质和金属杆材质的热膨胀系数的关系，通过公式换算出主轴的轴向伸长量，数控系统通过PLC控制器编程控制补偿，极大提高了机床主轴的行程定位精度，保证了零件机械加工的精度及质量。
本发明所述的金属杆优选采用铝杆，以利于精确算出主轴的轴向伸长量，提高主轴行程的补偿精度。
本发明所述的主轴热伸长量的补偿计算方法为：金属杆的热膨胀系数为δ1，主轴合金钢的热膨胀系数为δ2，δ1>δ2，金属杆的热伸长长度为l1，主轴的热伸长长度为l2，金属杆直接安装于空心主轴内壁，两者的热环境和热条件相同，在相同温度T的条件下，l1=Tδ1，l2=Tδ2，因δ1>δ2，高精度长度传感器测得l1，可以通过l1、l2比例关系准确的计算出l2。
本发明由于采用上述结构，具有结构紧凑、方法简单、测量精准、补偿精度高、主轴行程的定位精度高、提高加工精度和质量等优点。
附图说明  
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明主轴热伸长量补偿的流程图。
附图标记：主轴1、长度测量传感器2、数控系统3、金属杆4。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明：
如附图所示，一种主轴热伸长量补偿结构，设有主轴1、长度测量传感器2和数控系统3，其特征在于所述主轴1的轴心内设有膨胀系数大的金属杆4，且金属杆4后端长出主轴后端，使金属杆4的受热环境直接体现了主轴的受热环境，所述金属杆4后端一侧的支架上设有长度测量传感器2，长度测量传感器2与数控系统3相连接，所述数控系统3中的PLC控制器内嵌有热伸长量补偿计算方法，通过长度测量传感器2测量金属杆的长度变化，并根据主轴材质和金属杆材质的热膨胀系数的关系，通过公式换算出主轴的轴向伸长量，数控系统3通过PLC控制器编程控制补偿，极大提高了机床主轴的行程定位精度，保证了零件机械加工的精度及质量，本发明所述的金属杆优选采用铝杆，以利于精确算出主轴的轴向伸长量，提高主轴行程的补偿精度，本发明所述的主轴1热伸长量的补偿计算方法为：金属杆的热膨胀系数为δ1，主轴合金钢的热膨胀系数为δ2，δ1>δ2，金属杆的热伸长长度为l1，主轴的热伸长长度为l2，金属杆直接安装于空心主轴内壁，两者的热环境和热条件相同，在相同温度T的条件下，l1=Tδ1，l2=Tδ2，因δ1>δ2，高精度长度传感器测得l1，可以通过l1、l2比例关系准确的计算出l2。
本发明在工作时，主轴1在主轴伺服电机的驱动下旋转，使主轴1温度升高，进而产生主轴热伸长量，由于金属杆4铝杆与主轴1热环境相同，长度测量传感器2测量金属铝杆热伸长量，长度测量传感器2将模拟信号传入数控系统3，数控系统中的PLC控制器对信号进行处理，通过PLC控制器程序内的数学公式展开、运算，最后数控系统3通过PLC控制器给主轴进给伺服电机发出信号，主轴伺服电机根据上传的模拟信号对主轴1进行热伸长量调整，以此达到对主轴1轴向方向的长度尺寸进行补偿，极大提高了机床主轴的行程定位精度，保证了零件机械加工的精度及质量。
本发明由于采用上述结构，具有结构紧凑、方法简单、测量精准、补偿精度高、主轴行程的定位精度高、提高加工精度和质量等优点。

Claims (3)

1.一种主轴热伸长量补偿结构，设有主轴、长度测量传感器和数控系统，其特征在于所述主轴的轴心内设有膨胀系数大的金属杆，且金属杆后端长出主轴后端，所述金属杆后端一侧的支架上设有长度测量传感器，长度测量传感器与数控系统相连接，所述数控系统中的PLC控制器内嵌有主轴热伸长量补偿计算方法。
2.根据权利要求1所述的一种主轴热伸长量补偿结构，其特征在于所述的金属杆优选采用铝杆。
3.根据权利要求1所述的一种主轴热伸长量补偿结构，其特征在于所述主轴热伸长量补偿计算方法为：金属杆的热膨胀系数为δ1，主轴合金钢的热膨胀系数为δ2，δ1>δ2，金属杆的热伸长长度为l1，主轴的热伸长长度为l2，金属杆直接安装于空心主轴内壁，两者的热环境和热条件相同，在相同温度T的条件下，l1=Tδ1，l2=Tδ2，因δ1>δ2，高精度长度传感器测得l1，通过l1、l2比例关系准确的计算出l2，此时数控系统通过PLC控制器对主轴的轴向方向的长度进行补偿。
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