CN115326002A - 一种方便准确的主轴热延伸的测试方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种方便准确的主轴热延伸的测试方法，所述方法包括：在主轴箱上的主轴未经过旋转时，控制主轴箱移动至第一位置；对应记录接触式位移传感器的测量数据以及温度传感器的测量数据，其中，温度传感器用于测量主轴的温度；控制主轴箱移动至刀具的自由端与接触式位移传感器之间的距离大于零；控制主轴进行旋转；在控制主轴停止旋转后，控制主轴箱移动至第一位置；对应记录接触式位移传感器的测量数据以及温度传感器的测量数据；返回至的控制主轴箱移动，使得刀具的自由端与接触式位移传感器之间的距离大于零的步骤，直至满足预设要求。通过上述方式，本申请能够提高测试方法的精度，降低成本。

Description

一种方便准确的主轴热延伸的测试方法

技术领域

本申请涉及机械设备测量技术领域，特别是涉及一种主轴热延伸量的测试方法。

背景技术

主轴指的是机床上带动刀具或工件旋转的轴，然而，机床在加工过程中，由于主轴在高速旋转过程中轴承发热，导致主轴整体温升，引发热变形，从而影响加工精度。

现有技术中主要使用非接触传感器测量主轴上刀具和传感器之间的距离，记录数据和温度得到主轴热延伸的数据。但是非接触传感器存在以下问题：一、非接触传感器价格昂贵，系统复杂，检测前准备之间过长；二、非接触传感器的工作距离较短，和旋转的刀具之间的距离一般小于1mm，存在主轴延伸量过长时，旋转的刀具和测头接触时，损坏测头的风险；三、非接触传感器测量的距离随刀尖和传感器之间的距离变化测量的精度会发生变化。

发明内容

本申请提供一种方便准确的主轴热延伸的测试方法，能够降低测量成本，提高测量精度。

本申请实施例第一方面提供一种方便准确的主轴热延伸的测试方法，所述方法包括：在主轴箱上的主轴未经过旋转时，控制所述主轴箱移动至第一位置，以使安装在所述主轴上的刀具的自由端与接触式位移传感器接触；对应记录所述接触式位移传感器的测量数据以及温度传感器的测量数据，其中，所述温度传感器用于测量所述主轴的温度；控制所述主轴箱移动至所述刀具的自由端与所述接触式位移传感器之间的距离大于零；控制所述主轴进行旋转；在控制所述主轴停止旋转后，控制所述主轴箱移动至所述第一位置；对应记录所述接触式位移传感器的测量数据以及所述温度传感器的测量数据；返回至所述的控制所述主轴箱移动，使得所述刀具的自由端与所述接触式位移传感器之间的距离大于零的步骤，直至满足预设要求。

本申请实施例第二方面提供一种测试系统，所述测试系统包括控制器、存储器以及通信电路，所述控制器分别耦接所述存储器、所述通信电路，所述存储器中存储有程序数据，所述控制器通过执行所述存储器内的所述程序数据以实现上述任一项所述方法中的步骤。

本申请实施例第三方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序能够被处理器执行以实现上述任一项所述方法中的步骤。

本申请的有益效果是：本申请通过设置接触式位移传感器测量主轴的热延伸量，可以省去非接触位移传感器检测前较长的准备时间，并且测量的精度不会因为刀尖与传感器之间的距离变化而发生变化。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种方便准确的主轴热延伸的测试方法一实施方式的流程示意图；

图2为本申请主轴热延伸量测试装置的结构示意图；

图3为本申请测试系统一实施方式的结构示意图；

图4为本申请计算机可读存储介质一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

参阅图1和图2，在本申请一实施方式中，该测试方法包括：

S110：在主轴箱104上的主轴101未经过旋转时，控制主轴箱104移动至第一位置，以使安装在主轴101上的刀具102的自由端与接触式位移传感器103接触。

其中，主轴箱104的输出端连接有主轴101、刀具102，主轴箱104可带动主轴101、刀具102在X、Y、Z方向进行移动，主轴箱104还可带动主轴101、刀具102转动；本申请为了测量热延伸，主要是在Z方向移动。

其中，主轴101未经过旋转，也就是说主轴101未因为高速旋转发生热延伸。

控制主轴箱104移动到第一位置可以是人工控制，也可以是通过机器人程序控制。

其中，当主轴箱104移动至第一位置时，主轴101上的刀具102的自由端与接触式位移传感器103接触，其中此处的接触的表现可以是刚刚接触，使接触式位移传感器103的读数为零，也可以是有一定接触，使接触式位移传感器103的读数有一定数值。

其中，接触式位移传感器103是一种线性传感器，可通过其接触件直接接触到主轴101来测量位移量。

其中，接触式位移传感器103可以是线圈型接触式位移传感器，其工作原理是电流通过内部线圈时产生磁场，如果在其中插入纤芯，则线圈的阻抗会根据插入量而变化，而且信号等级也会发生变化。检测该信号等级的变化，换算为位移量。

或者，接触式位移传感器103还可以选择千分表。千分表是通过齿轮或杠杆将一般的直线位移转换成指针的旋转运动，然后在刻度盘上进行读数的长度测量仪器。且千分表的读数可以直接由人工读出。与非接触位移传感器相比，接触式位移传感器的测量精度高，测量的精度不会随着刀尖和传感器之间的距离变化而变化。

此外，接触式位移传感器103设置在与地面保持静止的结构上，例如设置在工作台上，并且其测量头端面与刀具102的自由端的端面相对，接触式位移传感器103与主轴101上的刀具102同轴线。

其中，本申请并不限制接触式位移传感器103的具体类型，只要其工作原理是通过接触来测量位移即可。

S120：对应记录接触式位移传感器103的测量数据以及温度传感器100的测量数据，其中，温度传感器100用于测量主轴101的温度。

由于主轴101在高速旋转过程中轴承发热，导致主轴101温度升高，通过在主轴101上设置温度传感器100，可以采集主轴101相关温度变化。而主轴101在温度升高过程中会发生变形，通过设置接触式位移传感器103，可以采集主轴101的热延伸量。

此处记录的是第一位置时主轴101未经过旋转时的温度数据和主轴101未发生热延伸时的一个初始数值。

具体地，温度传感器100可以选择PT100温度传感器100。PT100温度传感器100是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表，主要用于工业过程温度参数的测量和控制，通常由两部分组成：传感器和信号转换器。传感器主要是用铂电阻PT100元件封装的温度传感器100，根据使用环境的温度范围、安装方式不同用不同材料封装成可以直接用在现场测温；信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成。

可以理解，在其他实施例中，温度传感器100还可以为其他类型的温度传感器100，在此不做具体限定。

由于主轴101的轴承为主要发热部件，所以本实施例中将温度传感器100设置在主轴101的轴承的外部壳体上。当然也可以将温度传感器100设置在主轴101的其它位置处。

S130：控制主轴箱104移动至刀具102的自由端与接触式位移传感器103之间的距离D大于零。

参阅图2，距离D大于0是为了给刀具102旋转提供空间，并且不会损坏接触式位移传感器103的测量头。

S140：控制主轴101进行旋转。

具体地，控制主轴101旋转，以使主轴101发热。

其中，可以控制主轴101以合适的速度进行旋转。合适的速度可以是正常生产条件下主轴101的速度，即后续可以通过接触式位移传感器103测量正常生产条件下主轴101的热延伸量。

当然转速的具体数值可由测试用户根据实际需求而定。

S150：在控制主轴101停止旋转后，控制主轴箱104移动至第一位置。

其中，主轴101停止旋转后才可以控制主轴箱104移动至第一位置，避免主轴101旋转状态下会损坏接触式位移传感器103的测量头。

且每次必须控制主轴箱104移动至第一位置，后续才可以通过接触式位移传感器103的读数减去主轴未经过旋转时接触式位移传感器103的读数(即接触式位移传感器103的第一次读数)来计算主轴101的热延伸量，或者通过接触式位移传感器103的前后相邻两次读数的差值，计算主轴101的热延伸量。

S160：对应记录接触式位移传感器103的测量数据以及温度传感器100的测量数据。

即记录当前主轴101的温度数据和接触式位移传感器103的测量数据。

在实际测量过程中，温度传感器100和接触式位移传感器103将采集到的数据发送至测量主机，测量主机根据测量的数据，确定主轴101的热延伸量和温度的关系。

其中，当通过接触式位移传感器103的读数减去主轴未经过旋转时接触式位移传感器103的读数(即接触式位移传感器103的第一次读数)来计算主轴101的热延伸量时，相应地，将温度传感器100的读数减去主轴未经过旋转时温度传感器100的读数(即温度传感器100的第一次读数)来计算主轴101的温度变化值，从而得到主轴101的热延伸量与主轴101的温度变化值的关系。

当通过接触式位移传感器103的前后相邻两次读数的差值，计算主轴101的热延伸量时，相应地，将温度传感器100的前后相邻两次读数相减，确定主轴101的温度变化值，从而得到主轴101的热延伸量与主轴101的温度变化值的关系。

例如令ΔL＝D-D’，其中，D为此次接触式位移传感器103的测量数据，D’为最近一次接触式位移传感器103的测量数据。

相应地，令ΔT＝T-T’，其中，T为此次温度传感器100测量的温度数据，T’为最近一次温度传感器100测量的温度数据。

从而根据ΔL和ΔT，可以确定主轴101的热延伸量与温度变化之间的关系。

S170：返回至控制主轴箱104移动，使得刀具102的自由端与接触式位移传感器103之间的距离大于零的步骤，直至满足预设要求。

也就是说在直至满足预设要求之前重复执行步骤S130～S160。

其中，预设要求可以是测得的数据量足够多，可以获得主轴101温度与热延伸量的关系，重复次数例如50次，60次，80次等。

通过上述内容可以看出本申请通过设置接触式位移传感器103省去了非接触位移传感器检测前较长的准备时间，并且测量的精度不会因为刀尖与传感器之间的距离变化而发生变化。通过接触式位移传感器103和温度传感器100可以方便地测量出主轴101温度与热延伸量的关系，与非接触位移传感器相比，成本降低。

其中，步骤S130控制主轴箱104移动至刀具102的自由端与接触式位移传感器103之间的距离大于零的过程，包括：

S131：控制主轴箱104移动至刀具102的自由端与接触式位移传感器103之间的距离处于预设距离范围内。

其中，预设距离范围可以为5-10mm，例如，控制刀具102的自由端与接触式位移传感器103之间的距离为5mm、8mm或者10mm。主轴101旋转时，刀具102和接触式位移传感器103之间距离较大，越安全，但是控制主轴箱104移动的时间越长，因此本实施方式将预设距离范围设置为5-10mm，既可以保证测试过程中的安全，也可以保证测试的效率。

当然预设距离范围也可以由工作人员设置为其他数值，本身请不作限制。

其中，步骤S140控制主轴101进行旋转的过程，包括：

S141：控制主轴101以预设速度范围内的速度进行旋转。

控制主轴101以预设速度旋转也就是保护主轴101不会因为转速过快而破坏，此预设速度可以是主轴101正常工作条件下的速度，以计算出正常工作条件下温度与热延伸量的关系。

不同类型的主轴101转速范围不同，本申请以铣床主轴101为例，主轴101预设速度范围为600-2000r/min，例如，控制主轴旋转的速度为600r/min、1200r/min或者2000r/min。

当然预设速度范围也可以由工作人员设置为其他数值，本身请不作限制。

其中，步骤S140控制主轴101进行旋转的过程，包括：

S142：控制主轴101旋转预设时长。

其中，主轴101旋转预设时长可根据具体情况而定，例如设置为5min、8min、10min或15min等。

当然主轴101旋转预设时长也可以由工作人员设置为其他数值，本身请不作限制。

其中，步骤S110在主轴箱104上的主轴101未经过旋转时，控制主轴箱104移动至第一位置，以使安装在主轴101上的刀具102的自由端与接触式位移传感器103接触的过程，包括：

S111：在主轴101未经过旋转时，控制主轴箱104移动至第一位置，以使刀具102的自由端与接触式位移传感器103接触，且接触式位移传感器103的测量数据为零。

也就是说，在主轴101未经过旋转时，接触式位移传感器103的测量数据为零，也就是刀具102的自由端与接触式位移传感器103刚刚接触。

上述设置，可以使得接触式位移传感器103每次的读数就是当前时刻主轴101相对主轴101未开始旋转时的热延伸量，此时可以将温度传感器每次的读数都与温度传感器第一次的读数相减，得到当前时刻主轴101相对主轴101未开始旋转时的温度变化值，从而直接根据接触式位移传感器103当前的读数与计算的温度变化值，得到主轴的热延伸量与主轴温度变化之间的关系。

本申请为了得到主轴101在旋转时温度升高从而导致的主轴101热延伸的一个量化数据，为后期在机床整机调试时，可利用此数据对Z轴进行补偿，使机床主轴101在各种的温度条件下，刀尖位置的实际值和理论值达成一致，从而有效保证加工工件的精度。

参阅图3，图3是本申请测试系统200一实施方式的结构示意图。

该测试系统200包括控制器201、存储器202以及通信电路203，控制器201分别耦接存储器202、通信电路203，存储器202中存储有程序数据，控制器201通过执行存储器202内的程序数据以实现上述任一项实施方式方法中的步骤，其中详细的步骤可参见上述实施方式，在此不再赘述。

控制器201(controller)是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电机的启动、调速、制动和反向的主令装置。本申请中的控制器201用于实现主轴箱的下移、上移。

其中，存储器202可以是诸如闪存、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。

其中详细的主轴热延伸的测试方法可参见上述相关内容，在此不做具体介绍。

参阅图4，图4是本申请计算机可读存储介质一实施方式的结构示意图。

该计算机可读存储介质301存储有计算机程序302，计算机程序302能够被处理器执行以实现上述任一项方法中的步骤。

其中，计算机可读存储介质301具体可以为U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等可以存储计算机程序302的装置，或者也可以为存储有该计算机程序302的服务器，该服务器可将存储的计算机程序302发送给其他设备运行，或者也可以自运行该存储的计算机程序302。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种方便准确的主轴热延伸的测试方法，其特征在于，所述方法包括：

在主轴箱上的主轴未经过旋转时，控制所述主轴箱移动至第一位置，以使安装在所述主轴上的刀具的自由端与接触式位移传感器接触；

对应记录所述接触式位移传感器的测量数据以及温度传感器的测量数据，其中，所述温度传感器用于测量所述主轴的温度；

控制所述主轴箱移动至所述刀具的自由端与所述接触式位移传感器之间的距离大于零；

控制所述主轴进行旋转；

在控制所述主轴停止旋转后，控制所述主轴箱移动至所述第一位置；

对应记录所述接触式位移传感器的测量数据以及所述温度传感器的测量数据；

返回至所述的控制所述主轴箱移动，使得所述刀具的自由端与所述接触式位移传感器之间的距离大于零的步骤，直至满足预设要求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述主轴箱移动至所述刀具的自由端与所述接触式位移传感器之间的距离大于零的步骤，包括：

控制所述主轴箱移动至所述刀具的自由端与所述接触式位移传感器之间的距离处于预设距离范围内。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设距离范围内5-10mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述主轴进行旋转的步骤，包括：

控制所述主轴以预设速度范围内的速度进行旋转。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设范围为600-2000r/min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述主轴进行旋转的步骤，包括：

控制所述主轴旋转预设时长。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接触式位移传感器包括线圈型接触式位移传感器或者千分表。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在主轴箱上的主轴未经过旋转时，控制所述主轴箱移动至第一位置，以使安装在所述主轴上的刀具的自由端与接触式位移传感器接触的步骤，包括：

在所述主轴未经过旋转时，控制所述主轴箱移动至所述第一位置，以使所述刀具的自由端与所述接触式位移传感器接触，且所述接触式位移传感器的测量数据为零。

9.一种测试系统，其特征在于，所述测试系统包括控制器、存储器以及通信电路，所述控制器分别耦接所述存储器、所述通信电路，所述存储器中存储有程序数据，所述处理器通过执行所述存储器内的所述程序数据以实现如权利要求1-8任一项所述方法中的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-8任一项所述方法中的步骤。

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