CN110238700B - 一种实时测量铣削过程中机床主轴温度的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时测量铣削过程中机床主轴温度的装置，包括套在铣刀柄下部的测温模块支架，测温模块支架上设有2～4个在周向上均布的测温模块，在铣刀柄上部位于与主轴接触的区域设有按照周向上均布、且数量与测温模块数量相同的热电偶热节点，测温模块与热电偶热节点之间均采用热电偶一一对应相连；测温模块设有与计算机匹配的插接件；计算机安装有数据采集软件，测温模块与计算机连接后，通过数据采集软件获得铣削过程中机床主轴的温度。本发明基于人工热电偶测温原理，采用固定在旋转刀柄上的自供电测温模块，连接固定在铣刀柄上端的标准热电偶，能够实现对机床主轴内部与铣刀柄上端相接触位置特定点进行温度实时测量。

Description

一种实时测量铣削过程中机床主轴温度的装置

技术领域

本发明涉及一种铣削加工设备，尤其涉及一种机床主轴温度实时测量装置。

背景技术

作为切削加工中最常用的方法之一的铣削加工，拥有允许高转速、多刀多刃切削、去除工件材料效率高等特点。随着工件材料制造质量要求的提高，对铣削加工的要求也越来越高。在机床加工过程中，机床精度不可避免的受到热源的影响，进而影响加工工件材料表面质量。经查阅，引起机床主轴热变形最主要的原因为加工过程中的切削热、机床主轴高速自转生成热，此外，热辐射、环境温度在精加工中对机床主轴也有较大影响。机床主轴由于热变形，刀具和工件间产生相对位移，使得零件的精加工精度下降。在实际的铣削加工过程中，由于机床主轴高速旋转，采用传统的方法很难实时测量铣削过程中机床主轴内部的温度。

对于机床主轴温度的检测主要集中在非接触式的测量和接触式的机床主轴外部温度测量，尚没有对铣削加工过程中机床主轴的内部温度进行实时测量，难以获得机床主轴内部温度在加工过程中的变化情况，无法建立准确的机床主轴温升与机床主轴位移变化之间的关系，难以获得准确的机床主轴轴向和径向的热误差补偿模型，因此获取到铣削加工过程中机床主轴内部的温升，可以优化机床主轴热误差补偿模型，可以为降低机床主轴热误差提供依据，提高机床的加工精度，对提高工件材料加工的表面质量有重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出一种实时测量铣削过程中机床主轴温度的装置，基于人工热电偶测温原理，采用固定在旋转刀柄上的电测温模块(OMEGA温度存储模块(型号：OM-CP-TC101A)电脑自带的软件提供了图形数据、表格数据和摘要数据等功能用来帮助用户进行数据分析)，连接固定在铣刀柄上端的标准热电偶，能够实现对机床主轴内部与铣刀柄上端相接触位置特定点进行温度实时测量。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种实时测量铣削过程中机床主轴温度的装置，包括套在铣刀柄下部的测温模块支架，所述测温模块支架上设有2～4个在周向上均布的测温模块，在铣刀柄上部位于与主轴接触的区域设有按照周向上均布、且数量与测温模块数量相同的热电偶热节点，所述测温模块与热电偶热节点之间均采用热电偶一一对应相连；所述测温模块设有与计算机匹配的插接件；所述计算机安装有数据采集软件，所述测温模块与所述计算机连接后，通过数据采集软件获得铣削过程中机床主轴的温度。

进一步讲，本发明中，所述测温模块支架的主体为圆筒，所述主体的内回转表面与所述铣刀柄下部的外回转表面配合，所述主体上设有多个用于安装测温模块的安装孔，所述主体的上端设有热电偶过线槽，所述铣刀柄上设有多个热电偶穿线孔，所述铣刀柄的上部、设有用于安装热电偶热节点的阶梯孔，所述阶梯孔内设有铜柱，所述铜柱设有中心孔，所述铜柱的内端与阶梯孔的阶梯面之间固定有压力弹簧，所述铜柱的外端为外凸的球面；所述热电偶的一端与所述热电偶插头固结，所述热电偶的另一端为工作端，该工作端依次通过热电偶过线槽、热电偶穿线孔、阶梯孔、铜柱的中心孔，并与所述铜柱外端的球面为同一曲面。

所述铜柱中心孔的直径与热电偶的类型和规格匹配，所述热电偶的工作端插入铜柱中心孔后用树脂固定。

所述主体上设有8个顶丝孔，8个顶丝孔按照径向上均布4个、且上下两圈布置；所述铣刀柄上设有与8个顶丝孔位置对应的顶丝平台；每个顶丝孔内均配合有顶丝；固定所述测温模块支架时，锁紧上下对应的成90°分布的两对顶丝，其他四个顶丝起平衡配重作用。

所述主体的上下端加工有螺钉孔，所述主体的顶部设有上盖板，所述主体的底部设有下盖板，所述上盖板与所述主体之间、所述下盖板与所述主体之间分别通过锁紧螺钉连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在铣削加工过程中，通过此技术，利用压力弹簧的方式，不仅安装方便，并且铣刀柄上部和机床主轴内部的安装面接触良好，在保证不影响正常铣削加工过程的前提下，能够获取到机床主轴内部与铣刀柄上部特定位置接触处的温度，提高温度测量的精度。

附图说明

图1为利用本发明测量装置进行主轴温度实时测量的示意图；

图2-1为本发明机床主轴温度测量装置的结构示意图；

图2-2是图2-1中A部局部结构放大图；

图3为本发明机床主轴温度测量装置中测温模块支架的结构示意图；

图4为本发明机床主轴温度测量装置涉及到的刀柄结构示意图。

图中，1-铣刀柄，2-铜柱，3-热电偶热节点，4-上盖板，5-测温模块支架，6-测温模块，7-下盖板，8-锁紧螺母，9-铣刀，10-铣刀夹块，11-热电偶插头，12-热电偶，13-压力弹簧，14-工件，15-顶丝，16-锁紧螺钉，17-阶梯孔，18-热电偶穿线孔，19-顶丝平台，20-热电偶过线槽，21-螺钉孔，22-安装孔，23-顶丝孔。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

本发明实时测量铣削过程中机床主轴温度的装置可以实现实时测量铣削过程中机床主轴温度，基于人工热电偶、半人工热电偶测温原理，通过机床主轴测温装置实现工件铣削过程中机床主轴温度的实时测量。本发明适用于SK、BT、JT等多种铣刀柄进行温度实时测量，本发明不限于此三种刀柄。

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，如图2-1和图2-2所示，本发明提出的一种实时测量铣削过程中机床主轴温度的装置，包括套在铣刀柄1下部的测温模块支架5，所述测温模块支架5上设有2个在周向上均布的测温模块6，在铣刀柄1上部位于与主轴接触的区域设有按照周向上均布、且数量与测温模块6数量相同的热电偶热节点3，所述测温模块6与热电偶热节点3之间均采用热电偶12一一对应相连；所述测温模块6设有与计算机匹配的插接件；所述计算机安装有数据采集软件，所述测温模块6与所述计算机连接后，通过数据采集软件获得铣削过程中机床主轴的温度。本发明中的测温模块6采用OMEGA温度存储模块(型号：OM-CP-TC101A)，与该模块对应的软件可以提供图形数据、表格数据和摘要数据等功能，以使用户进行数据分析。

为了保证机床主轴测温装置铣削过程中动平衡的要求，各组成零件的加工具有较高的精度要求。所述测温模块支架5采用高强度铝合金加工而成，如图3所示，所述测温模块支架5的主体为圆筒，所述主体的内回转表面与所述铣刀柄1下部的外回转表面配合，如图3所示的实施例，在该主体上径向对称的设有两个用于安装测温模块6的安装孔22，可以采用线切割的加工方式加工出两个间隔180°分布的机床主轴测温模块6的安装孔22，所述测温模块6与所述安装孔22之间为过渡配合。每个安装孔22内侧的顶部设有热电偶过线槽20，如图4所示，所述铣刀柄1上设有与热电偶过线槽20位置对应、且与铣刀柄1的轴孔贯通的热电偶穿线孔18，该热电偶穿线孔可以采用在铣刀柄中距端面指定距离处电火花加工出相互垂直、直径约为5mm的通孔，用以穿过热电偶线。

如图2-1和图2-2所示，所述铣刀柄1的上部、设有用于安装热电偶热节点3的阶梯孔17，该阶梯孔可以采用电火花加工，所述阶梯孔17内设有铜柱2，所述铜柱2为子弹头形状，所述铜柱2设有中心孔，所述铜柱2的内端与阶梯孔17的阶梯面之间固定有压力弹簧13，所述铜柱2的外端为外凸的球面；所述热电偶12的一端与所述热电偶插头11固结，所述热电偶12的另一端为工作端，该工作端依次通过热电偶过线槽20、热电偶穿线孔18、阶梯孔17、铜柱2的中心孔，并与所述铜柱2外端的球面为同一曲面。所述铜柱2中心孔的直径与热电偶12的类型和规格匹配，所述热电偶12的工作端插入铜柱中心孔后用树脂固定。热电偶工作端形成了机床主轴测温热电偶热节点。

铣削过程中，所述测温模块6实时采集铣削过程中机床主轴的温度，切削加工后，将测温模块6与计算机相连，测温模块6将热电偶采集到的温度信号传输给计算机，计算机接收铣削过程中机床主轴的温度，通过数据采集软件读取铣削过程中机床主轴的温度。

所述主体的上下端加工有螺钉孔21，所述主体的顶部设有上盖板4，所述主体的底部设有下盖板7，所述上盖板4与所述主体之间、所述下盖板7与所述主体之间分别通过锁紧螺钉16连接，如图1所示。

如图3所示，所述主体上设有8个顶丝孔23，8个顶丝孔23按照径向上均布4个、且上下两圈布置；如图4所示，所述铣刀柄1上设有与8个顶丝孔23位置对应的顶丝平台19；每个顶丝孔23内均配合有顶丝15；如图4所示，该顶丝平台19可以采用磨加工磨出成90°分布的四个宽度为5mm的平面，用以顶丝15锁紧机床主轴测温模块支架5，固定所述测温模块支架5时，锁紧成上下对应的成90°分布的两对(四个)顶丝15，即将成90°分布的相邻顶丝孔23旋入顶丝15，顶丝15顶住顶丝平台19，另外4个顶丝15作为配重旋入顶丝孔23，从而将所述机床主轴测温模块支架5锁紧在所述铣刀柄1上。

本发明中的一个实施例是，安装在铣刀柄1上的测温模块6的个数为两个，如图2-1所示，所述铣刀柄1上设有两个测温热电偶热节点3，其中，两个热电偶插头11与所述两个测温热电偶热节点3之间连接有两个测温热电偶12，两个热电偶12与所述铣刀柄1上部之间的固定结构是：所述铣刀柄1上对称的位置处加工两个阶梯孔17，将所述铜柱2用压力弹簧13安装固定在所述阶梯孔17中，所述铜柱2中间加工直径为1mm的热电偶安装小孔，一般可根据实际加工的温度范围选择热电偶的分度类型，如T型、K型等，将两个机床主轴测温热电偶12的一端分别插入两个热电偶安装小孔中，采用具有较好热传导性能树脂固定。

铣削过程结束后，所述机床主轴测温模块6与所述计算机相连，将采集到的铣削过程中机床主轴的温度传输给计算机；计算机接收铣削过程中机床主轴的温度后，通过数据采集软件读取铣削过程中机床主轴温度。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种实时测量铣削过程中机床主轴温度的装置，包括套在铣刀柄（1）下部的测温模块支架（5），所述测温模块支架（5）上设有2~4个在周向上均布的测温模块（6），在铣刀柄（1）上部位于与主轴接触的区域设有按照周向上均布、且数量与测温模块（6）数量相同的热电偶热节点（3），所述测温模块（6）与热电偶热节点（3）之间均采用热电偶（12）一一对应相连；所述测温模块（6）设有与计算机匹配的插接件；所述计算机安装有数据采集软件，所述测温模块（6）与所述计算机连接后，通过数据采集软件获得铣削过程中机床主轴的温度；其特征在于，

所述测温模块支架（5）的主体为圆筒，所述主体的内回转表面与所述铣刀柄（1）下部的外回转表面配合，所述主体上设有多个用于安装测温模块（6）的安装孔（22），所述主体的上端设有热电偶过线槽（20），所述铣刀柄（1）上设有多个热电偶穿线孔（18），所述铣刀柄（1）的上部设有用于安装热电偶热节点（3）的阶梯孔（17），所述阶梯孔（17）内设有铜柱（2），所述铜柱（2）设有中心孔，所述铜柱（2）的内端与阶梯孔（17）的阶梯面之间固定有压力弹簧（13），所述铜柱（2）的外端为外凸的球面；所述热电偶（12）的一端与热电偶插头（11）固结，所述热电偶（12）的另一端为工作端，该工作端依次通过热电偶过线槽（20）、热电偶穿线孔（18）、阶梯孔（17）、铜柱（2）的中心孔，并与所述铜柱（2）外端的球面为同一曲面。

2.根据权利要求1所述实时测量铣削过程中机床主轴温度的装置，其特征在于，所述铜柱（2）中心孔的直径与热电偶（12）的类型和规格匹配，所述热电偶（12）的工作端插入铜柱中心孔后用树脂固定2。

3.根据权利要求1所述实时测量铣削过程中机床主轴温度的装置，其特征在于，所述主体上设有8个顶丝孔（23），8个顶丝孔（23）按照径向上均布4个、且上下两圈布置；所述铣刀柄（1）上设有与8个顶丝孔（23）位置对应的顶丝平台（19）；每个顶丝孔（23）内均配合有顶丝（15）；固定所述测温模块支架（5）时，锁紧上下对应的成90º分布的两对顶丝（15），其他四个顶丝（15）起平衡配重作用。

4.根据权利要求1所述实时测量铣削过程中机床主轴温度的装置，其特征在于，所述主体的上下端加工有螺钉孔（21），所述主体的顶部设有上盖板（4），所述主体的底部设有下盖板（7），所述上盖板（4）与所述主体之间、所述下盖板（7）与所述主体之间分别通过锁紧螺钉（16）连接。

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