CN109283890B - 数控机床托板热误差自动补偿装置 - Google Patents

数控机床托板热误差自动补偿装置 Download PDF

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Abstract

提供一种数控机床托板热误差自动补偿装置，床鞍通过底座Ⅰ位于托板热误产生后的运动极限位置固定安装高精度回零传感器；托板通过底座Ⅱ固定安装与高精度回零传感器相对安装的触头；且当托板热误差产生运动偏置后超过极限位置时，随托板固定安装的触头与床鞍固定安装的高精度回零传感器触碰对接以触发高精度回零传感器输出有效电信号，至数控机床与自动对刀仪的对刀装置相连接的刀具控制器通过刀具补偿消除托板热误差。本发明改造简单；成本低廉；有效解决了现有技术下数控机床托板热误差自动补偿系统设计结构复杂；受电磁干扰影响较大；成本高；系统软硬件改动较大；不适用于小型加工中心应用；不易实现的技术问题。

Description

数控机床托板热误差自动补偿装置
技术领域
本发明属机加工热误差补偿装置技术领域，具体涉及一种数控机床托板热误差自动补偿装置。
背景技术
数控机床工作过程中由于主轴系统轴承摩擦生热，会使得主轴发生热漂移，托板进给系统的丝杠螺母副及两端的支撑轴承摩擦生热，会使得丝杠轴向伸长，导程增大，螺母座发生漂移，整个床体也会受热变形，最终导致工件与刀具的相对位置发生变化产生了热误差。目前，消除热变形误差在线补偿系统的研究中：大多集中在在机构关键点安装多个温度传感器，从而建立多个温度采集点对应的热变形数学模型，并通过该数学模型接软件分析，向伺服控制系统发送指令复位来实现热误差校正。其弊端在于：在机床多个点安装温度传感器；不仅成本高，而且不适用于小型加工中心；再者受电磁干扰影响，温度传感器本身的测量误差无法消除；加之，温度传感器的温度测点安装位置不好确定；需要结合建立研究对象有限元模型，确定热源和边界条件，再利用有限元分析软件计算其瞬态温度场T(t)和热变形量Y(t)才能得到所要结果。可见，上述热误差消除方式，需要对数控机床现有软件系统和硬件系统均做出较大改动方能实现；性价比低；可实现性不够理想。此外，一些结构较为简单的诸如公布号为CN 104690606A的一种用于控制数控机床滑枕热误差的结构装置设计中，虽然依赖光栅尺板条和光栅读数头与滑枕电机形成闭环控制实现了滑枕的热误差补偿设计，但是基于光栅尺的反馈建立闭环自动控制系统，精度要求高，反馈回路的引入增加了系统的复杂性，对此，现提供一种更为简单；更易实现的技术方案，实现托板的热误差补偿，有效保证并提高数控机床的加工精度。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种数控机床托板热误差自动补偿装置，通过在床鞍安装当回零开关使用的高精度回零传感器；在托板安装当托板热误差产生运动偏置后超过极限位置时与高精度回零传感器触碰对接的触头；利用数控机床现有的自动对刀仪中的对刀控制器完成刀具补偿以消除托板产生的热误差；改造简单；成本低廉；解决现有技术下数控机床托板热误差自动补偿系统设计结构复杂；受电磁干扰影响较大；成本高；系统软硬件改动较大；不适用于小型加工中心应用；不易实现的技术问题。
本发明采用的技术方案：数控机床托板热误差自动补偿装置，具有床鞍和托板，其特征在于：所述床鞍通过底座Ⅰ固定安装高精度回零传感器；且高精度回零传感器位于托板热误产生后的运动极限位置沿托板线性位移方向平行安装；所述托板托板通过底座Ⅱ固定安装随托板同时同步线性往复运动的触头；且触头沿托板线性位移方向与高精度回零传感器相对安装；且当托板热误差产生运动偏置后超过极限位置时，随托板固定安装的触头与床鞍固定安装的高精度回零传感器触碰对接输出有效电信号；所述高精度回零传感器与数控机床的刀具控制器相连接；所述刀具控制器与自动对刀仪的对刀装置相连接。
上述技术方案中，为进一步简化装置结构，降低装置实现难度：所述高精度回零传感器包括高精度接触开关。
上述技术方案中，为延长装置使用寿命；并方便调节、拆卸、检修维护和更换触头以及传感器：所述高精度回零传感器和触头均位于机床壳体侧护板内隐藏式安装；所述侧护板与数控机床机身壳体可拆卸固连为一体。
上述技术方案中，为保证触头和传感器的稳定定位支撑和安装；并保证两者准确地线性对接，进一步地：所述底座Ⅰ和底座Ⅱ为L型直角支撑块结构；L型直角支撑块结构的底座Ⅰ和底座Ⅱ其中一个直角臂分别通过螺钉紧固组件采用两点定位与床鞍1和托板可拆卸固连为一体；L型直角支撑块结构的底座Ⅰ和底座Ⅱ另一个直角臂分别通过螺钉紧固组件采用两点定位紧固安装高精度回零传感器和触头。
本发明与现有技术相比的优点：
1、本方案当托板热误差产生运动偏置后超过极限位置时，随托板固定安装的触头与床鞍固定安装的高精度回零传感器触碰对接以触发高精度回零传感器输出有效电信号，触发数控机床的诸如现有FANUC系统利用宏程序实现刀具自动补偿；消除托板热误差带来的精度影响；托板热误差补偿装置的实现，对现有数控机床改造简单；成本低廉；较其他热误差补偿装置更易实现；具备最优性价比；
2、本方案可通过现有数控机床自动对刀仪的FANUC系统，通过PMC实现一键调用宏程序，利用对刀偏置自动补偿调节和设定，消除托板热误差带来的精度影响；较托板热误差通过托板本身来实现偏置校正设计而言；系统改动小；更具改装应用的通用性；
3、本方案安装结构简单；具备有效防护；维修调试方便快捷；可实现效果显著；更易推广、普及和应用。
附图说明
图1为本发明一种实施例的内部结构示意图；
图2为图1实施例的局部安装细节结构示意图；
图3为图1实施例本发明隐藏安装后的外部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-3描述本发明的具体实施例。
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中控制电路的实现，如无特殊说明，均为常规控制方式。下述实施例中所用的部件，如无特殊说明，均为市售，如外购件自动对刀仪以及对刀控制系统。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，在未作相反说明的情况下，“上、下、左、右、内、外、竖直、水平”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为了便于描述本发明和简化描述，亦或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。
此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为解决现有技术下数控机床托板热误差自动补偿系统设计结构复杂；受电磁干扰影响较大；成本高；系统软硬件改动较大；不适用于小型加工中心应用；不易实现的技术问题。提供一种数控机床托板热误差自动补偿装置，具有床鞍1和托板2，其特征在于：为通过简单的结构实现托板的热误差现场检测：所述床鞍1在通过底座Ⅰ3固定安装高精度回零传感器4；且高精度回零传感器4位于托板2热误产生后的运动极限位置沿托板2线性位移方向平行安装(参见图1)；所述高精度回零传感器4位于托板2运动极限位置的左极限位置或右极限位置处安装；再者，上述实施例中，为进一步简化装置结构，降低装置实现难度：所述高精度回零传感器4包括高精度接触开关。为触发高精度回零传感器4动作：沿所述托板2线性位移方向，位于托板2旁侧通过底座Ⅱ5固定安装随托板2同时同步线性往复运动的触头6；且触头6沿托板2线性位移方向与高精度回零传感器4相对安装；且当托板2热误差产生运动偏置后超过极限位置时，随托板2固定安装的触头6与床鞍固定安装的高精度回零传感器4触碰对接输出有效电信号。当托板2产生热误差时，通过高精度回零传感器4输出有效电信号触发自动对刀仪动作，以消除托板偏置位移后产生的热误差所带来的加工精度影响：所述高精度回零传感器4与数控机床的刀具控制器7相连接；所述刀具控制器7与自动对刀仪的对刀装置8相连接。由刀具控制器7按照宏程序控制对刀装置8动作补偿并消除因托板2偏置带来的位移误差影响。需要说明的是：所述刀具控制器7通过FANUC系统利用宏程序实现刀具自动补偿。FANUC系统与刀具自动补偿的刀具控制器相关模块以及程序为现有技术，在此不做赘述。
上述实施例中，为延长装置使用寿命；并方便调节、拆卸、检修维护和更换触头以及传感器(参见图3)：所述高精度回零传感器4和触头6均位于机床壳体侧护板9内隐藏式安装；所述侧护板9与数控机床机身壳体10可拆卸固连为一体。
上述实施例中，为保证触头和传感器的稳定定位支撑和安装；并保证两者准确地线性对接，进一步地：(参见图2)所述底座Ⅰ3和底座Ⅱ5为L型直角支撑块结构；L型直角支撑块结构的底座Ⅰ3和底座Ⅱ5其中一个直角臂分别通过螺钉紧固组件采用两点定位与床鞍1和托板2可拆卸固连为一体；L型直角支撑块结构的底座Ⅰ3和底座Ⅱ5另一个直角臂分别通过螺钉紧固组件采用两点定位紧固安装高精度回零传感器4和触头6。
工作原理：当数控机床工作过程中由于主轴系统摩擦生热，托板进给系统的丝杠螺母副及两端的支撑轴承摩擦生热导致丝杠轴向伸长，导程增大，螺母座带动托板发生漂移，导致工件与刀具的相对位置发生变化产生热误差时；随托板2固定安装的触头6同时同步随托板2运动超过托板2的极限位置，此时，触头6与床鞍1固定安装的高精度回零传感器4包括高精度接触开关触碰并触发高精度回零传感器4动作；此时高精度回零传感器4输出有效电信号至数控机床FANUC系统内的刀具控制器7；由刀具控制器7控制对刀装置8进行刀具补偿；来消除因托板2偏执位移带来的热误差影响；消除托板偏置位移后对机床加工精度带来的影响，通过简单的改装和改进；即可解决数控机床的热误差补偿问题。
经实践：机床加工一段时间后，机床丝杠温度上升5℃即会导致丝杠延长；致使与丝杠连接的托板2相对刀具产生位移误差；根据实测，本发明丝杠每5分钟变形延长后，高精度回零传感器4包括其回零开关和触头6触碰一次；此时数控机床的“自动对刀仪”利用自动对刀原理；借助数控机床的现有控制系统实现刀具每五分钟一次的刀具补偿，消除因丝杠机械延展变形带来的加工精度降低影响。
综上所述，本发明基于数控机床FANUC系统中的无线对刀仪，只需在托板安装一个触头；在床鞍安装一个高精度回零传感器4，由触头和高精度回零传感器4的回零开关碰触后给出触发信号；触发数控机床的自动对刀仪实现自动对刀来消除机床托板和刀具之间的轴向偏置位移；消除电机托板的热误差对机床加工精度带来的影响。较安装多个温度传感器，适用于小型加工中心；且受电磁干扰影响可忽略不计；无需建立研究对象有限元模型，确定热源和边界条件；此外，本发明当托板2热误差产生运动偏置后超过极限位置时；随托板固定安装的触头6与床鞍固定安装的高精度回零传感器4触碰对接，触动高精度回零传感器4输出有效电信号，触发数控机床的诸如现有FANUC系统利用宏程序实现刀具自动补偿；托板热误差补偿装置的实现，无需对数控机床现有软件系统和硬件系统作出较大改动，改造简单；成本低廉；具备最优性价比；大大降低了系统改装改造的复杂性；此外，通过现有数控机床自动对刀仪的FANUC系统，诸如通过PMC实现一键调用宏程序，利用对刀偏置自动补偿调节和设定，消除托板热误差带来的精度影响；改动小；更具通用性；本发明安装结构简单；并具备有效防护；维修调试以及安装定位方便快捷；更易实现；更具推广普及价值；可有效保证并提高数控机床的加工精度。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (4)

1.数控机床托板热误差自动补偿装置，具有床鞍(1)和托板(2)，其特征在于：所述床鞍(1)通过底座Ⅰ(3)固定安装高精度回零传感器(4)；当托板(2)热误差产生运动偏置后超过极限位置时，随托板(2)固定安装的触头(6)与床鞍固定安装的高精度回零传感器(4)触碰对接；所述托板(2)通过底座Ⅱ(5)固定安装随托板(2)同时同步线性往复运动的触头(6)；且触头(6)沿托板(2)线性位移方向与高精度回零传感器(4)相对安装；且当托板(2)热误差产生运动偏置后超过极限位置时所述触头(6)与高精度回零传感器(4)相互对接以触发高精度回零传感器(4)输出有效电信号；所述高精度回零传感器(4)与数控机床的刀具控制器(7)相连接；所述刀具控制器(7)与自动对刀仪的对刀装置(8)相连接。
2.根据权利要求1所述的数控机床托板热误差自动补偿装置，其特征在于：所述高精度回零传感器(4)包括高精度接触开关。
3.根据权利要求1所述的数控机床托板热误差自动补偿装置，其特征在于：所述高精度回零传感器(4)和触头(6)均位于机床壳体侧护板(9)内隐藏式安装；所述侧护板(9)与数控机床机身壳体可拆卸固连为一体。
4.根据权利要求1所述的数控机床托板热误差自动补偿装置，其特征在于：所述底座Ⅰ(3)和底座Ⅱ(5)为L型直角支撑块结构；L型直角支撑块结构的底座Ⅰ(3)和底座Ⅱ(5)其中一个直角臂分别通过螺钉紧固组件采用两点定位与床鞍(1)和托板(2)可拆卸固连为一体；L型直角支撑块结构的底座Ⅰ(3)和底座Ⅱ(5)另一个直角臂分别通过螺钉紧固组件采用两点定位紧固安装高精度回零传感器(4)和触头(6)。
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