CN116520766A - 应用于工具机的热变位量测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热变位量测系统,其包括有一结合于一工具机的主轴的试棒、结合于该工具机的移动单元的检测模具、温度感测器以及一控制单元,该控制单元与该检测模具上的近接感测器、位移感测器,以及所述温度感测器电性连接,当该检测模具与该试棒随着该主轴及该移动单元相对移动,且该近接感测器侦测到该试棒时,该控制单元接收该近接感测器所发出的电讯号,并启动该多个位移感测器及该多个温度感测器,借以量测该试棒于不同方向上的热变位情形以及该工具机内的多个位置上的温度,借此,本发明能克服热变位问题,完成高精度加工。
Description
技术领域
本发明涉及工具机的热变位量测技术,尤指一种应用于工具机的热变位量测系统及方法。
背景技术
由于一般物质随着温度变化而产生体积的胀缩变化的特性,现有工具机在加工时,随着工作时间的累积,现有工具机内部的各构件会因温度上升而产生尺寸的变化,进而导致热变位的情形,并且会对加工精度有不利的影响。鉴于市场上对加工精度的要求不断提高,如何准确地量测加工时所产生的热变位情形,并通过数值控制的方式加以补偿,借以减少热变位所产生的误差,为工具机及精密加工领域的重要课题。
传统上量测热变位的方式,是根据国际标准化组织(ISO)所制定的标准,针对现有工具机的关键零组件个别进行量测,也就是对于现有工具机的旋转机构(主轴)以及伺服驱动轴向系统(进给轴)分别进行量测。
其中,现有主轴误差检测仪(Spindle Error Analyzer;SEA)即用于量测现有工具机的旋转机构的温度与变位资料,其包括有一试棒球及一治具,该试棒球安装于该旋转机构上,该治具安装于现有工具机的工作平面上,通过调整使该治具上的位移感测元件与该试棒球的距离在0.5毫米(mm)以内,以此架构量测该旋转机构旋转过程的三轴向(X/Y/Z)的变位量,该现有主轴误差检测仪包含一温度模组,供使用者量测关键位置温度资讯。
另一方面,利用双频外差雷射干涉仪为现有技术量测该伺服驱动轴向系统的热变位的主要方式,具体而言,现有双频外差雷射干涉仪包括有一干涉镜组及一反射镜组,其中该干涉镜组设于现有工具机的一固定端,且包括有一极化分光镜,该反射镜组设于会移动的该工作平面上,借此,现有双频外差雷射干涉仪可以通过参考光束与量测光束的相位差计算其反射镜组移动距离。
然而,由于使用上会相互干涉,现有主轴误差检测仪与现有双频外差雷射干涉仪并不能同时使用,因此,现有技术在ISO标准下,并不能让现有工具机在进行加工路径移动同时,对热变位加以量测。
虽然现有主轴误差检测仪与现有双频外差雷射干涉仪可以分别量测主轴与移动的该工作台的热变位,再通过计算得到粗略的补偿数值,但在无法于模拟加工的同时量测热变位的限制下,无法得到更精准的热变位数值,即无法得出精确的补偿数值,并提高加工精度。综上所述,现有量测工具机的热变位的技术确有其需加以改进之处。
发明内容
为改进现有技术的缺点,本发明提供一种热变位量测系统及方法,能有效量测热变位数值,提高加工精度。
本发明的热变位量测系统应用于一工具机,该工具机包括有一主轴以及一移动单元,该热变位量测系统包括有:
一试棒,该试棒结合于该主轴上,且该试棒受到该主轴带动而旋转;
一检测模具,该检测模具结合于该移动单元上,且能随该移动单元相对该试棒移动,该检测模具上设有一近接感测器以及多个位移感测器;
多个温度感测器,其设于该工具机内的多个位置上;以及
一控制单元,该控制单元与该近接感测器、该多个位移感测器与该多个温度感测器电性连接;
当该检测模具相对该试棒移动,且该近接感测器侦测到该试棒时,该控制单元接收该近接感测器所发出的电讯号,并启动该多个位移感测器及该多个温度感测器,借以量测该试棒于不同方向上的热变位情形以及该工具机内的多个位置上的温度。
如上述的热变位量测系统,其中该检测模具定义有相互垂直的一第一方向、一第二方向以及一第三方向,其中该第一方向与该试棒的延伸方向相平行,所述位移感测器的数量为三,且该三个位移感测器分别用于对应量测该试棒于该第一方向、该第二方向及该第三方向的热变位情形。
进一步,如上述的热变位量测系统,其中该检测模具包括有一底板、两侧板及一中间板,该底板用于将该检测模具结合到该移动单元上,该两侧板分别以一侧与该底板相连接,该中间板沿着该第一方向与该底板相平行地连接于该两侧板的中段,且该第二方向及该第三方向分别垂直于其中一侧板,该三个位移感测器分别设于该两侧板及该中间板上。
进一步,如上述的热变位量测系统,其中该近接感测器设于其中一侧板上,且沿着该第一方向与该侧板上的位移感测器相间隔。
再进一步,如上述的热变位量测系统,其中各该位移感测器为一非接触式位移计,各该位移感测器的量测解析度为0.0001等级且各该位移感测器的有效量测距离大于或等于2毫米。
再进一步,如上述的热变位量测系统,其中该试棒为以金属材料所制成的一棒体。
再进一步,如上述的热变位量测系统,其中该试棒的真圆度小于或等于0.005毫米。
较佳的是,如上述的热变位量测系统,其中该工具机为一数控车床,该工具机的移动单元为一刀塔,该检测模具结合于该刀塔上,而能随着该刀塔移动而靠近该试棒。
较佳的是,如上述的热变位量测系统,其中该工具机为一综合加工机,该工具机的移动单元为一工作台,该检测模具结合于该工作台上,而能随着该工作台移动而靠近该试棒。
本发明的热变位量测方法,其应用于一工具机,该工具机包括有一主轴以及一移动单元,该热变位量测方法包括有下列的操作步骤:
准备一热变位量测系统,该热变位量测系统包括有一试棒、一检测模具、多个温度感测器以及一控制单元,其中该检测模具上设有一近接感测器以及多个位移感测器,且该控制单元与该近接感测器、该多个位移感测器与该多个温度感测器电性连接;
将该试棒结合于该工具机的主轴上,将该检测模具结合于该工具机的移动单元上,且将该多个温度感测器设于该工具机内的多个位置上;
设定一预设加工路径以及一预设加工时间;
启动该工具机,使该试棒开始旋转,该试棒及该检测模具沿着所述预设加工路径相对移动,且该控制单元开始累计时间;
当该累计时间小于所述预设加工时间时,该试棒及该检测模具继续沿着所述预设加工路径移动;
当该近接感测器侦测到该试棒时,该控制单元接收该近接感测器所发出的电讯号,并启动该多个位移感测器及该多个温度感测器,借以量测该试棒于不同方向上的热变位情形以及该工具机内的多个位置上的温度;
当该试棒远离该近接感测器时,该控制单元接收该近接感测器所发出的电讯号,并控制该多个位移感测器及该多个温度感测器暂停量测;以及
当该累计时间大于或等于所述预设加工时间时,停止量测该试棒于不同方向上的热变位情形以及该工具机内的多个位置上的温度。
借由上述的技术特征,本发明通过该热变位量测系统及热变位量测方法,能有效模拟加工,并依照加工行程搜集热变位资讯,以利于计算补偿数值,让正式加工时能克服热变位问题,完成高精度加工,借以改善现有技术加工精度不足的缺点。
附图说明
图1是本发明第一较佳实施例的使用状态立体外观图。
图2是本发明第一较佳实施例的外观俯视图。
图3是本发明第一较佳实施例的侧视图。
图4是本发明第一较佳实施例的电性连接方块图。
图5是本发明第一较佳实施例的操作示意俯视图。
图6是本发明第一较佳实施例的使用状态俯视图。
图7是本发明第一较佳实施例的量测方法的操作步骤流程图。
图8是本发明第一较佳实施例的量测方法的判断流程图。
图9是本发明第二较佳实施例的使用状态立体外观图。
具体实施方式
为能详细了解本发明的技术特征及实用功效,并且能依照说明书的内容来实现,兹进一步以图式所示的较佳实施例详细说明如后:
本发明提供一种热变位量测系统,其第一较佳实施例如图1所示,应用于一工具机80,该工具机80包括有一主轴81以及一移动单元82,该主轴81与该移动单元82能相对于彼此靠近或远离,与现有技术相同。在本发明的第一较佳实施例中,该工具机80为一数控(CNC)车床,该工具机80的移动单元82为一刀塔,该热变位量测系统如图2至图4所示,包括有一试棒10、一检测模具20、多个温度感测器30以及一控制单元40。
如图1所示,该试棒10结合于该工具机80的主轴81的夹头上,而能受该主轴81带动而旋转。进一步,为了用于精确量测该工具机80的热变位情形,该试棒10为以金属材料所制成的棒体,且该试棒10的真圆度小于或等于0.005毫米(mm)。
请参阅如图1至图3所示,该检测模具20结合于该工具机80的移动单元82,即所述刀塔上,且能如图5及图6所示随着该移动单元82相对该试棒10移动,而靠近或远离该试棒10。该检测模具20包括有一底板201、两侧板202及一中间板203,其中该底板201用于将该检测模具20结合到该移动单元82上,该两侧板202分别以一侧与该底板201相连接,该中间板203与该底板201相平行地连接于该两侧板202的中段,通过这样的结构,当该检测模具20与该试棒10相对移动时,该试棒10能由该检测模具20开放的两侧靠近该两侧板202,并如图3所示,可移动至与该中间板203的中心点重合的位置。进一步,该检测模具20定义有相互垂直的一第一方向D1、一第二方向D2以及一第三方向D3,其中如图2及图3所示该第一方向D1与该试棒10的延伸方向相平行,该中间板203与该底板201沿着该第一方向D1平行设置,该第二方向D2及该第三方向D3分别垂直于其中一侧板202。
如图2及图3所示,该检测模具20上设有一近接感测器21以及多个位移感测器22,其中,该近接感测器21能于侦测到物体时发出一电讯号,在本发明的第一较佳实施例中,所述位移感测器22的数量为三,且该三个位移感测器22分别用于对应量测该试棒10于该第一方向D1、该第二方向D2及该第三方向D3的位移情况,也就是热变位情形,各该位移感测器22为一非接触式位移计,各该位移感测器22的量测解析度为0.0001等级且各该位移感测器22的有效量测距离大于或等于2毫米。再进一步,该三个位移感测器22分别设于该两侧板202及该中间板203上,且朝向该试棒10;该近接感测器21设于其中一侧板202上,且沿着该第一方向D1与该侧板202上的位移感测器22相间隔。如图2所示,该近接感测器21位于相对应位移感测器22的左侧,在其他情况下,位于该位移感测器22的右侧也能达到本发明的效果。
该多个温度感测器30设于该工具机80内的多个位置上,该多个温度感测器30依该工具机80的种类、尺寸、材质、结构不同,而可能设在不同的位置,具体而言,该多个温度感测器30可以设于可能导致严重热变位的部位,以利于模拟加工时,搜集相关部位的温度资讯。至于可能导致严重热变位的部位,可以通过分析或是操作经验得知。
请参阅如图4所示,该控制单元40与该近接感测器21、该多个位移感测器22以及该多个温度感测器30电性连接,借以接收该近接感测器21所发出的电讯号,以及控制该多个位移感测器22与该多个温度感测器30的启闭。
请参阅如图7所示,本发明通过上述热变位量测系统量测热变为的方法包括下列的操作步骤:
准备步骤S1:准备上述热变位量测系统,包括有该试棒10、该检测模具20、该多个温度感测器30以及该控制单元40,其中该检测模具20上设有该近接感测器21以及该多个位移感测器22,且该控制单元40与该近接感测器21、该多个位移感测器22与该多个温度感测器30电性连接;
安装步骤S2:接着,将该试棒10结合于该工具机80的主轴81上,将该检测模具20结合于该工具机80的移动单元82上,且将该多个温度感测器30设于该工具机80内的多个位置上;
设定步骤S3:设定一预设加工路径以及一预设加工时间,具体而言,可以针对待加工流程,例如对即将进行的车削加工所规划的加工行程,设定所述预设加工路径以及所述预设加工时间,借以有效模拟该加工行程的热变位情形;以及
量测步骤S4:启动该工具机80,使该试棒10随着该主轴81开始旋转,由于模拟加工行程,该移动单元82与该主轴81相对移动,带动该试棒10及该检测模具20沿着所述预设加工路径相对移动,且该控制单元40开始累计时间,至于热变位的量测与判断方式,如图8所示,分述如下。
当该控制单元40所计算的该累计时间小于所述预设加工时间时,该工具机80持续运转,即该主轴81与该移动单元82持续运动,使该试棒10及该检测模具20继续沿着所述预设加工路径移动。
如图6所示,当该试棒10靠近该检测模具82,且该近接感测器21侦测到该试棒10时,该近接感测器21发出所述电讯号,该控制单元40接收该近接感测器21所发出的电讯号后,启动该多个位移感测器22及该多个温度感测器30,借以量测该试棒10于不同方向上的热变位情形以及该工具机80内的多个位置上的温度。具体而言,该近接感测器21侦测到该试棒10的位置,即相对于实际加工时,该工具机80上的刀具接触到工件的位置,因此,在这个位置所量测的热变位,有助于提供补偿,使加工更精准。
相对地,当该试棒10远离该近接感测器21时,该控制单元40接收该近接感测器21所发出的电讯号,并控制该多个位移感测器22及该多个温度感测器30暂停量测,以免记录到异常的数值,影响补偿数值的运算与资料判读。
最后,当该控制单元40所计算的该累计时间大于或等于所述预设加工时间时,相当于完成加工的阶段,该控制单元40控制该多个位移感测器22及该多个温度感测器30停止量测该试棒10于不同方向上的热变位情形以及该工具机80内的多个位置上的温度。
借由上述的技术特征,本发明能有效进行模拟加工,并依照加工行程搜集热变位资讯,以利于计算补偿数值,让正式加工时能克服热变位问题,完成高精度加工。
另一方面,请参阅如图9所示,本发明的第二较佳实施例与第一较佳实施例的差异在于:该工具机80A为一综合加工机,该工具机80A的移动单元82A为一工作台,该检测模具20结合于该工作台上,而能随着该工作台移动而靠近结合于该工具机80A的主轴81A上的该试棒10,虽然,综合加工机与数控车床的该主轴81、81A与该移动单元82、82A的相对移动方式有所差异,然而,使用上皆具有相对移动的特征,因此,不论是在数控车床或是综合加工机,本发明的热变位量测系统及量测方法皆能使用。
综上所述,本发明通过该热变位量测系统及热变位量测方法,能有效模拟加工,并依照加工行程搜集热变位资讯,以利于计算补偿数值,让正式加工时能克服热变位问题,完成高精度加工,借以改善现有技术加工精度不足的缺点。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明任何形式上的限制,任何所属技术领域中具有通常知识者,若在不脱离本发明所提技术方案的范围内,利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例,并且未脱离本发明的技术方案内容,均仍属本发明的技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种热变位量测系统,其特征在于,应用于一工具机,该工具机包括有一主轴以及一移动单元,该热变位量测系统包括有:
一试棒,该试棒结合于该主轴上,且该试棒受到该主轴带动而旋转;
一检测模具,该检测模具结合于该移动单元上,且能随该移动单元相对该试棒移动,该检测模具上设有一近接感测器以及多个位移感测器;
多个温度感测器,其设于该工具机内的多个位置上;以及
一控制单元,该控制单元与该近接感测器、该多个位移感测器以及该多个温度感测器电性连接;
当该检测模具相对该试棒移动,且该近接感测器侦测到该试棒时,该控制单元接收该近接感测器所发出的电讯号,并启动该多个位移感测器及该多个温度感测器,借以量测该试棒于不同方向上的热变位情形以及该工具机内的多个位置上的温度。
2.如权利要求1所述的热变位量测系统,其特征在于,该检测模具定义有相互垂直的一第一方向、一第二方向以及一第三方向,其中该第一方向与该试棒的延伸方向相平行,所述位移感测器的数量为三,且三个位移感测器分别用于对应量测该试棒于该第一方向、该第二方向及该第三方向的热变位情形。
3.如权利要求2所述的热变位量测系统,其特征在于,该检测模具包括有一底板、两侧板及一中间板,该底板用于将该检测模具结合到该移动单元上,该两侧板分别以一侧与该底板相连接,该中间板沿着该第一方向与该底板相平行地连接于该两侧板的中段,且该第二方向及该第三方向分别垂直于其中一侧板,该三个位移感测器分别设于该两侧板及该中间板上。
4.如权利要求3所述的热变位量测系统,其特征在于,该近接感测器设于其中一侧板上,且沿着该第一方向与该侧板上的位移感测器相间隔。
5.如权利要求2所述的热变位量测系统,其特征在于,各该位移感测器为一非接触式位移计,各该位移感测器的量测解析度为0.0001等级且各该位移感测器的有效量测距离大于或等于2毫米。
6.如权利要求1所述的热变位量测系统,其特征在于,该试棒为以金属材料所制成的一棒体。
7.如权利要求6所述的热变位量测系统,其特征在于,该试棒的真圆度小于或等于0.005毫米。
8.如权利要求1至7中任一项所述的热变位量测系统,其特征在于,该工具机为一数控车床,该工具机的移动单元为一刀塔,该检测模具结合于该刀塔上,而能随着该刀塔移动而靠近该试棒。
9.如权利要求1至7中任一项所述的热变位量测系统,其特征在于,该工具机为一综合加工机,该工具机的移动单元为一工作台,该检测模具结合于该工作台上,而能随着该工作台移动而靠近该试棒。
10.一种热变位量测方法,其特征在于,应用于一工具机,该工具机包括有一主轴以及一移动单元,该热变位量测方法包括有下列的操作步骤:
准备一热变位量测系统,该热变位量测系统包括有一试棒、一检测模具、多个温度感测器以及一控制单元,其中该检测模具上设有一近接感测器以及多个位移感测器,且该控制单元与该近接感测器、该多个位移感测器以及该多个温度感测器电性连接;
将该试棒结合于该工具机的主轴上,将该检测模具结合于该工具机的移动单元上,且将该多个温度感测器设于该工具机内的多个位置上;
设定一预设加工路径以及一预设加工时间;
启动该工具机,使该试棒开始旋转,该试棒及该检测模具沿着所述预设加工路径相对移动,且该控制单元开始累计时间;
当该累计时间小于所述预设加工时间时,该试棒及该检测模具继续沿着所述预设加工路径移动;
当该近接感测器侦测到该试棒时,该控制单元接收该近接感测器所发出的电讯号,并启动该多个位移感测器及该多个温度感测器,借以量测该试棒于不同方向上的热变位情形以及该工具机内的多个位置上的温度;
当该试棒远离该近接感测器时,该控制单元接收该近接感测器所发出的电讯号,并控制该多个位移感测器及该多个温度感测器暂停量测;以及
当该累计时间大于或等于所述预设加工时间时,停止量测该试棒于不同方向上的热变位情形以及该工具机内的多个位置上的温度。
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2022
- 2022-01-20 CN CN202210063077.8A patent/CN116520766A/zh active Pending
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