CN201936164U - 一种用于数控机床滑枕热变形补偿的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种用于数控机床滑枕热变形补偿的控制装置。主要解决现有数控机床因滑枕发生热变形而导致加工精度变差的问题。其特征在于：此装置由微位移传感单元以及位移信号的处理和转换单元构成，所述微位移传感单元由镍钢合金标准杆、微位移传感器、固定支撑件以及活动支撑件连接后构成；镍钢合金标准杆的尾端与微位移传感器的位移信号感应端相触；位移信号的处理和转换单元由位移信号调整电路、脉冲信号转换电路以及与数控系统的接口电路构成，微位移传感器向位移信号调整电路输出位移信号，接口电路向数控机床的手轮接口输出补偿脉冲信号。该种装置应用后能够将数控机床由于滑枕的热变形而导致的加工误差大大降低，确保实现机床预定的控制精度。

Description

一种用于数控机床滑枕热变形补偿的控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于机械加工领域中数控机床上的动态误差补偿控制装置，具体地说，是涉及一种用于数控机床上进行滑枕热变形补偿的控制装置。

背景技术

机床在运行过程中，因为部件受到摩擦热、切削热和环境温度等因素的影响而使得温度发生变化，从而发生热变形，直接导致部件之间的相对位置发生改变，破坏了其相对运动的正确性，最终迫使机床的加工精度被降低。研究表明：在精密加工中热变形引起的加工误差占总加工误差的40~70%。尤其对于重型数控机床，因其体积、重量的庞大，热变形误差的影响尤为显著，目前各机床厂家虽通过诸如改进机床结构设计及液压润滑系统温控等方式给予解决，但效果依然有限。滑枕是重型数控落地铣镗床中的一个重要部件，其运动过程中由于镗铣轴的高速旋转产生的热量会传递给滑枕，使滑枕产生线膨胀，将影响到加工工件的平面度。目前针对滑枕温度变化导致伸缩变形的补偿还没有采取有效的解决措施，究其原因，主要是温度变化的不确定性。目前机床用户主要是通过增加冷却套的方法降低滑枕温度，或者是通过加工前用空行程预热的方式加以改善。但针对重型机床而言，由于冷却套装置对滑枕的伸缩量难以控制，不能彻底解决偏差问题，而预热到热稳态又需要很长的时间。因此，在当前高精度重型数控机床需求日益增大的前提下，研究滑枕热误差补偿技术，进行合理的滑枕热误差补偿已经势在必行。

发明内容

为了解决背景技术中所提出的现有技术问题，本实用新型提供了一种专门用于数控机床滑枕热变形补偿的控制装置，该装置应用后，能够将数控机床由于滑枕的热变形而导致的加工误差大大降低，确保实现机床预定的控制精度。

本实用新型的技术方案是：该种用于数控机床滑枕热变形补偿的控制装置，包括固定于滑枕上的微位移传感单元以及位移信号的处理和转换单元，其独特之处在于：

所述微位移传感单元由镍钢合金标准杆、微位移传感器、固定支撑件以及活动支撑件连接后构成；其中，所述固定支撑件将镍钢合金标准杆的首端固定连接于滑枕上，所述活动支撑件为弹性支撑体，其顶端为一个圆弧面，所述镍钢合金标准杆嵌入所述活动支撑件的内凹圆弧中，两者之间为滑动连接；所述镍钢合金标准杆的尾端与所述微位移传感器的位移信号感应端相触；

所述位移信号的处理和转换单元由位移信号调整电路、脉冲信号转换电路以及与数控系统的接口电路构成；所述位移信号调整电路由一个双运算放大器构成的正反馈放大电路和由二极管构成的限幅电路组成，所述双运算放大器接收来自于微位移传感器输出的电压信号，经放大并限幅后向所述脉冲信号转换电路输出；所述脉冲信号转换电路采用微处理器，在内置程序控制下使得该处理器上的两个I/O口作为补偿脉冲信号的输出端口，所述脉冲信号转换电路将微位移传感器生成的位移信号转换成补偿脉冲信号；所述接口电路由光藕器件、非门器件以及差分驱动器构成，其中，脉冲信号转换电路输出的信号送入所述光藕器件的输入端，由所述光藕器件输出的隔离信号经过所述非门器件整形后送入差分驱动器，所述差分驱动器输出四路差分信号作为与数控机床手持单元接口的连接端。

具体实施时，所述微处理器可以采用TMS320F28335芯片；所述光藕器件可以采用TLP521芯片，所述非门器件可以采用74F04芯片，所述差分驱动器可以采用MC3487芯片。

本实用新型具有如下有益效果：由于采取上述方案，微位移检测元件为固定安装在滑枕上的微位移传感器，作为位移基准测量杆的镍钢合金标准杆的一端固定在滑枕上，另一端自由伸展且其端面与微位移检测元件构成热位移测量要素。当滑枕受热引起端部轴向伸长量为Δ时，滑枕带动热位移基准测杆一起移动，热位移基准测杆的另一端在理想情况下也会在轴向移动Δ长度，此时微位移传感器感知到的滑枕与热位移基准测杆之间的相对位移量Δ，即为滑枕热伸缩量的大小。该热伸缩量被微位移传感器输入至位移信号的处理和转换单元中，由此位移信号的处理和转换单元将实时测得的微位移传感器的位移数据经过转换后形成补偿脉冲信号，通过数控机床自带的手轮接口，传递给数控系统作为零点偏移量，最终作用到选定的进给轴上实现补偿动作。本种装置实现了数控机床滑枕热变形的动态误差补偿，其巧妙地调用了数控机床原有的手持单元的微动解析功能，能够将数控机床由于滑枕的热变形而导致的加工误差大大降低，具有取得良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中位移信号的处理和转换单元的电气原理图。

图中1-镍钢合金标准杆，2-微位移传感器，3-位移信号的处理和转换单元，4-滑枕，5-活动支撑件，6-固定支撑件，S1-位移信号调整电路，S2-脉冲信号转换电路，S3-数控系统的接口电路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

由图1所示，该种用于数控机床滑枕热变形补偿的控制装置，包括固定于滑枕4上的微位移传感单元以及位移信号的处理和转换单元，其中，所述微位移传感单元由镍钢合金标准杆1、微位移传感器2、固定支撑件6以及活动支撑件5连接后构成；其中，所述固定支撑件6将镍钢合金标准杆1的首端固定连接于滑枕4上，所述活动支撑件5为弹性支撑体，其顶端为一个圆弧面，所述镍钢合金标准杆1嵌入所述活动支撑件5的内凹圆弧中，两者之间为滑动连接；所述镍钢合金标准杆1的尾端与所述微位移传感器2的位移信号感应端相触；

如图2所示，所述位移信号的处理和转换单元由位移信号调整电路S1、脉冲信号转换电路S2以及与数控系统的接口电路S3构成；所述位移信号调整电路S1由一个双运算放大器IC1构成的正反馈放大电路和由二极管构成的限幅电路组成，所述双运算放大器IC1接收来自于微位移传感器2输出的电压信号，经放大并限幅后向所述脉冲信号转换电路S2输出；所述脉冲信号转换电路S2采用微处理器MCU，在内置程序控制下使得该处理器上的两个I/O口作为补偿脉冲信号的输出端口，所述脉冲信号转换电路S2将微位移传感器2生成的位移信号转换成补偿脉冲信号；所述接口电路S3由光藕器件IC2、非门器件IC3以及差分驱动器IC4构成。其中，脉冲信号转换电路S2输出的信号送入所述光藕器件IC2的输入端，由所述光藕器件IC2输出的隔离信号经过所述非门器件IC3整形后送入差分驱动器IC4，所述差分驱动器IC4输出四路差分信号作为与数控机床手持单元接口的连接端。

上述方案的优选实施例为，所述微处理器MCU采用TMS320F28335芯片，所述光藕器件IC2为TLP521芯片，所述非门器件IC3为74F04芯片，所述差分驱动器IC4为MC3487芯片。

本种用于数控机床滑枕热变形的补偿控制装置，经过试验证明，能够用于补偿数控机床的滑枕随温度变化导致伸缩变形所产生的加工误差，达到预定的机床控制精度。

Claims (2)

1.一种用于数控机床滑枕热变形补偿的控制装置，包括固定于滑枕（4）上的微位移传感单元以及位移信号的处理和转换单元，其特征在于：

所述微位移传感单元由镍钢合金标准杆（1）、微位移传感器（2）、固定支撑件（6）以及活动支撑件（5）连接后构成；其中，所述固定支撑件（6）将镍钢合金标准杆（1）的首端固定连接于滑枕（4）上，所述活动支撑件（5）为弹性支撑体，其顶端为一个圆弧面，所述镍钢合金标准杆（1）嵌入所述活动支撑件（5）的内凹圆弧中，两者之间为滑动连接；所述镍钢合金标准杆（1）的尾端与所述微位移传感器（2）的位移信号感应端相触；

所述位移信号的处理和转换单元由位移信号调整电路（S1）、脉冲信号转换电路（S2）以及与数控系统的接口电路（S3）构成；所述位移信号调整电路（S1）由一个双运算放大器（IC1）构成的正反馈放大电路和由二极管构成的限幅电路组成，所述双运算放大器（IC1）接收来自于微位移传感器（2）输出的电压信号，经放大并限幅后向所述脉冲信号转换电路（S2）输出；所述脉冲信号转换电路（S2）采用微处理器（MCU），在内置程序控制下使得该处理器上的两个I/O口作为补偿脉冲信号的输出端口，所述脉冲信号转换电路（S2）将微位移传感器（2）生成的位移信号转换成补偿脉冲信号；所述接口电路（S3）由光藕器件（IC2）、非门器件（IC3）以及差分驱动器（IC4）构成，其中，脉冲信号转换电路（S2）输出的信号送入所述光藕器件（IC2）的输入端，由所述光藕器件（IC2）输出的隔离信号经过所述非门器件（IC3）整形后送入差分驱动器（IC4），所述差分驱动器（IC4）输出四路差分信号作为与数控机床手持单元接口的连接端。

2.根据权利要求1所述的一种用于数控机床滑枕热变形补偿的控制装置，其特征在于：所述微处理器（MCU）采用TMS320F28335芯片；所述光藕器件（IC2）为TLP521芯片，所述非门器件（IC3）为74F04芯片，所述差分驱动器（IC4）为MC3487芯片。

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