磨床主轴轴向热误差检测装置的制造方法

xiaoxiao2021-10-5  195

磨床主轴轴向热误差检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于机床误差补偿技术领域,尤其涉及一种磨床主轴轴向热误差检测
目.0
【背景技术】
[0002]目前,提高机床加工精度的主要途径和比较经济的方法是在主轴上安装光栅尺,通过闭环控制来补偿由于丝杠等元件造成的误差。但是由于光栅尺反馈的信息只是丝杠以内(包括丝杠变化)部分的变化,对主轴以及主轴所带刀具等不能做闭环处理,所以并不是完全严格意义上的闭环控制。在工件加工过程中,由于主轴的高速旋转和由此产生的热量会导致主轴本身的热膨胀,由此造成的误差,目前闭环控制是不能得到补偿的。
[0003]CNC工作主机使用主轴作切削(磨床也是一样的道理)动作时,主轴运转时的膨胀伸长会造成表面切削精度变化,主要原因有二:运转时随着转速的升高而引起的离心力影响,会使刀把向下伸长,另一个原因则为运转时温度上升引起的热膨胀。总之,主轴运转的伸长量是由离心力的影响加上温度的时间差所造成的。在现场实际切削加工时,不同的刀把及不同的转速所引起的离心力不同,主轴伸长量也因此而不同;同时,当刀具接触到工件时,不同的切削力会相对抵消离心力影响。过去有人尝试使用温度传感器或应用温度场计算主轴温度与变化量之间的关系,做主轴伸长量补偿,取得了一定效果,但无法切实掌握问题的本质,原因就在于主轴的伸长量不是一个常数,含有相对因素(实际使用环境等)在内。

【发明内容】

[0004]本实用新型就是针对上述问题,提供一种测量准确、使用方便的磨床主轴轴向热误差检测装置。
[0005]为实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案,本实用新型包括横向滑道,其结构要点横向滑道一端与机床Y轴上端相连,机床Y轴下端设置在机床Y轴轨道上;横向滑道另一端与向前侧倾斜的支架上端相连,支架下端与横向直线步进电机的后端相连,直线步进电机的前端驱动输出端与电涡流传感器相连;所述机床Y轴上设置有可上下移动的机床Z轴,机床Z轴的前端与机床加工主轴的后端相连,机床加工主轴的前端设置有竖向砂轮;所述电涡流传感器置于机床加工主轴的上方、竖向砂轮的后方。
[0006]作为一种优选方案,本实用新型所述横向滑道另一端通过转向锁紧机构与向前侧倾斜的支架上端相连。
[0007]作为另一种优选方案,本实用新型所述转向锁紧机构包括嵌入到滑道中可在滑道中滑动转动的转向球,转向球与所述支架上端相连;横向滑道外端与竖向连接件上端固定,竖向连接件下端设置有横向插杆,横向插杆外端设置有外螺纹;所述支架上相应于所述横向插杆设置有插孔;插孔为多个,沿支架长度方向布置。
[0008]作为另一种优选方案,本实用新型所述直线步进电机的前端驱动输出端通过竖向连接片的下横孔与竖向连接片相连,竖向连接片上端通过竖向连接片的上横孔与所述电涡流传感器相连。
[0009]作为另一种优选方案,本实用新型所述电涡流传感器的检测信号输出端口与信号转换电路的检测信号输入端口相连,信号转换电路的检测信号输出端口与CPU的检测信号输入端口相连,CPU的键盘信号输入端口与键盘的键盘信号输出端口相连,CPU的显示信号输出端口与显示器的显示信号输入端口相连,CPU的电机驱动信号输出端口与直线步进电机驱动器的驱动信号输入端口相连,CPU的通讯端口与上位机的通讯端口相连。
[0010]作为另一种优选方案,本实用新型所述信号转换电路包括LM324芯片,LM324芯片的I脚分别与CPU的检测信号输入端口、第一电阻一端相连,第一电阻另一端分别与LM324芯片的3脚、第二电阻一端相连,第二电阻另一端分别与第一电容、信号转换电路的检测信号输入端口相连,第一电容另一端分别与LM324芯片的2脚、第三电阻一端相连,第三电阻另一端分别与第四电阻一端、第二电容一端相连,第二电容另一端与LM324芯片的4脚相连,第四电阻另一端与检测信号输入端口相连。
[0011]作为另一种优选方案,本实用新型所述直线步进电机驱动器采用光耦驱动器。
[0012]作为另一种优选方案,本实用新型所述CPU的通讯端口与CNC系统的通讯端口相连。
[0013]其次,本实用新型所述直线步进电机的步长为0.001524mm,尺寸为68 X 35mm,重量为162g,推力为12kg。
[0014]另外,本实用新型所述机床Y轴轨道侧方下端设置有光栅尺。
[0015]本实用新型有益效果。
[0016]本实用新型基于实际使用环境,不考虑造成主轴变化的原因,只从主轴变化量入手考虑。测得主轴在加工工件过程中的实时变化量,电涡流传感器送出由于温度变化造成的,且与磨床主轴轴向长度变化呈线性关系的信号;为实时补偿提供检测数据,对温度变化造成的主轴变化做到补偿控制,提高机床加工精度。
[0017]本实用新型提供一种磨床主轴轴向热误差检测装置的硬件基础。
[0018]本实用新型电涡流传感器位置调节通过横向滑道、支架、直线步进电机实现,可以高精度的调整传感器与磨床主轴被测部位间的距离,通过直线步进电机实现_或μπι级的距离调整。
【附图说明】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。
[0020]图1是本实用新型的结构示意图。
[0021]图2是图1中的1-1部位放大图。
[0022]图3是图2中的2-2部位放大图。
[0023]图4是本实用新型滑道和转向锁紧机构部分结构示意图。
[0024]图5是图4中的3-3剖视图。
[0025]图6是图4中的4-4部位放大图。
[0026]图7是本实用新型电路原理框图。
[0027]图中:1.机床Y轴轨道;2.机床Y轴;3.机床Z轴;4.机床加工主轴;5.砂轮;6.电源和信号线;7.电涡流传感器;8.连接片;9.直线步进电机;10.支架;11.滑道;12.转向锁紧机构;13.直线步进电机电源和控制线;14.控制器;15.光栅尺;16.机床X轴轨道;17.加工件夹具;18.X轴;19.控制器CPU (8051);20.显示器;21.键盘;22.来自涡流传感器的信号线;23.直线步进电机驱动器;24.信号转换电路;25.转向球;26.通孔;27.外螺纹。
【具体实施方式】
[0028]如图所示,本实用新型包括横向滑道,其结构要点横向滑道一端与机床Y轴上端相连,机床Y轴下端设置在机床Y轴轨道上;横向滑道另一端与向前侧倾斜的支架上端相连,支架下端与横向直线步进电机的后端相连,直线步进电机的前端驱动输出端与电涡流传感器相连;所述机床Y轴上设置有可上下移动的机床Z轴,机床Z轴的前端与机床加工主轴的后端相连,机床加工主轴的前端设置有竖向砂轮;所述电涡流传感器置于机床加工主轴的上方、竖向砂轮的后方。
[0029]所述横向滑道另一端通过转向锁紧机构与向前侧倾斜的支架上端相连。
[0030]所述转向锁紧机构包括嵌入到滑道中可在滑道中滑动转动的转向球,转向球与所述支架上端相连;横向滑道外端与竖向连接件上端固定,竖向连接件下端设置有横向插杆,横向插杆外端设置有外螺纹;所述支架上相应于所述横向插杆设置有插孔;插孔为多个,沿支架长度方向布置。设置多个插孔便于电涡流传感器位置的调整。
[0031]所述横向插杆可以穿过插孔,用螺母将支架与滑道固定在一起。这样就构成了一个三角形结构,保持支架固定。
[0032]所述直线步进电机的前端驱动输出端通过竖向连接片的下横孔与竖向连接片相连,竖向连接片上端通过竖向连接片的上横孔与所述电祸流传感器相连。
[0033]所述电涡流传感器的检测信号输出端口与信号转换电路的检测信号输入端口相连,信号转换电路的检测信号输出端口与CPU的检测信号输入端口相连,CPU的键盘信号输入端口与键盘的键盘信号输出端口相连,CPU的显示信号输出端口与显示器的显示信号输入端口相连,CPU的电机驱动信号输出端口与直线步进电机驱动器的驱动信号输入端口相连,CPU的通讯端口与上位 机的通讯端口相连。
[0034]所述信号转换电路包括LM324芯片,LM324芯片的I脚分别与CPU的检测信号输入端口、第一电阻一端相连,第一电阻另一端分别与LM324芯片的3脚、第二电阻一端相连,第二电阻另一端分别与第一电容、信号转换电路的检测信号输入端口相连,第一电容另一端分别与LM324芯片的2脚、第三电阻一端相连,第三电阻另一端分别与第四电阻一端、第二电容一端相连,第二电容另一端与LM324芯片的4脚相连,第四电阻另一端与检测信号输入端口相连。信号转换电路将电涡流传感器的模拟量检测信号放大、除噪、并转换为与之成正比的数字量信号,最后送出,以方便上位机或CNC控制单元直接调用。
[0035]所述直线步进电机驱动器采用光耦驱动器。
[0036]所述CPU的通讯端口与CNC系统的通讯端口相连。
[0037]所述直线步进电机的步长为0.001524mm,尺寸为68X35mm,重量为162g,推力为
12kg0
[0038]所述机床Y轴轨道侧方下端设置有光栅尺。
[0039]下面结合【附图说明】本实用新型的工作过程。
[0040]1、机床对刀。
[0041 ] 开始时,要保证检测装置位于不妨碍机床主轴移动的位置。此时,机床通过X、Y、Z轴各自轨道,自动调整Y轴,Z轴的位置,使砂轮与夹具上的加工件相对处于最佳位置,机床各个系统的原点位置确定。
[0042]2、调整涡流传感器位置。
[0043]手动粗调:通过滑道和转向锁紧机构,手动使电涡流传感器与被检测部位的距离在一定范围内。此时,电涡流传感器与被检测部位的距离已经很小了,人工调整将变得困难。然后通过转向锁紧机构锁死支架的位置,使支架整体处于锁死状态,不能够再进行任何的移动。
[0044]自动细调:通过键盘,使直线步进电机向检测部位移动。直线步进电机移动的距离可以为微米级,假设控制器输出15个脉冲代表直线步进电机移动1.5微米,则在键盘上输入相应脉冲数就可以通过驱动器控制电机的移动距离。同时,可以在显示器(led显示液晶屏)上实时显示距离。这样,通过显示器和键盘就可以达到控制涡流传感器与刀具(砂轮)间的距离在合理范围内。
[0045]3、工件加工。
[0046]当电涡流传感器和被检测部位(砂轮)的距离符合电涡流传感器的测量范围要求后(250-500 μ m),磨床就可以按照系统设定程序进行工件的加工了。随着加工时间的推移,主轴电机要产生热量,同时砂轮与加工件之间也要产生热量,这两部分的热量将逐渐传导到主轴上,使主轴温度上升,从而导致主轴膨胀。电涡流传感器实时检测主轴的轴向长度变化量,然后将变化量的模拟量信号送到控制器进一步处理变为数字量信号。控制器可以与CNC实时通讯,CNC程序中就可以用控制器上传的信号,进行主轴轴向长度上膨胀量的补偿,从而达到提高加工工件精度的目的。
[0047]4、机床复位和移除检测装置。
[0048]加工结束之后,CNC系统复位。将支架解锁,然后将电涡流传感器通过支架和滑道移到不影响下件的地方,并锁定支架。最后取下加工后的工件。
[0049]由于本装置为磨床上使用,实际情况较为复杂,特别是所处的环境空间比较狭小,要求整套装置不能太大,尤其是电涡流传感器以及直线步进电机两者的整体,要求越小越好。所以本装置中使用的直线电机为高精度直线步进电机(步长0.001524mm),尺寸较小(68 X 35mm),重量也很小(162g),但推力却很大(12kg)。
[0050]本装置中的控制器是位于机床外面的,一是便于操作,二是上面说的空间狭小问题。整个控制器将直线步进电机的驱动器、与CNC的实时通信电路、键盘和显示电路都集中整合到一起,输入为电涡流传感器的检测信号,输出为直线步进电机的行走距离。
[0051]可以理解的是,以上关于本实用新型的具体描述,仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案,本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换,以达到相同的技术效果;只要满足使用需要,都在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.磨床主轴轴向热误差检测装置,包括横向滑道,其特征在于横向滑道一端与机床Y轴上端相连,机床Y轴下端设置在机床Y轴轨道上;横向滑道另一端与向前侧倾斜的支架上端相连,支架下端与横向直线步进电机的后端相连,直线步进电机的前端驱动输出端与电涡流传感器相连;所述机床Y轴上设置有可上下移动的机床Z轴,机床Z轴的前端与机床加工主轴的后端相连,机床加工主轴的前端设置有竖向砂轮;所述电涡流传感器置于机床加工主轴的上方、竖向砂轮的后方。2.根据权利要求1所述磨床主轴轴向热误差检测装置,其特征在于所述横向滑道另一端通过转向锁紧机构与向前侧倾斜的支架上端相连。3.根据权利要求2所述磨床主轴轴向热误差检测装置,其特征在于所述转向锁紧机构包括嵌入到滑道中可在滑道中滑动转动的转向球,转向球与所述支架上端相连;横向滑道外端与竖向连接件上端固定,竖向连接件下端设置有横向插杆,横向插杆外端设置有外螺纹;所述支架上相应于所述横向插杆设置有插孔;插孔为多个,沿支架长度方向布置。4.根据权利要求1所述磨床主轴轴向热误差检测装置,其特征在于所述直线步进电机的前端驱动输出端通过竖向连接片的下横孔与竖向连接片相连,竖向连接片上端通过竖向连接片的上横孔与所述电涡流传感器相连。5.根据权利要求1所述磨床主轴轴向热误差检测装置,其特征在于所述电涡流传感器的检测信号输出端口与信号转换电路的检测信号输入端口相连,信号转换电路的检测信号输出端口与CPU的检测信号输入端口相连,CPU的键盘信号输入端口与键盘的键盘信号输出端口相连,CPU的显示信号输出端口与显示器的显示信号输入端口相连,CPU的电机驱动信号输出端口与直线步进电机驱动器的驱动信号输入端口相连,CPU的通讯端口与上位机的通讯端口相连。6.根据权利要求5所述磨床主轴轴向热误差检测装置,其特征在于所述信号转换电路包括LM324芯片,LM324芯片的I脚分别与CPU的检测信号输入端口、第一电阻一端相连,第一电阻另一端分别与LM324芯片的3脚、第二电阻一端相连,第二电阻另一端分别与第一电容、信号转换电路的检测信号输入端口相连,第一电容另一端分别与LM324芯片的2脚、第三电阻一端相连,第三电阻另一端分别与第四电阻一端、第二电容一端相连,第二电容另一端与LM324芯片的4脚相连,第四电阻另一端与检测信号输入端口相连。7.根据权利要求5所述磨床主轴轴向热误差检测装置,其特征在于所述直线步进电机驱动器采用光耦驱动器。8.根据权利要求5所述磨床主轴轴向热误差检测装置,其特征在于所述CPU的通讯端口与CNC系统的通讯端口相连。9.根据权利要求1所述磨床主轴轴向热误差检测装置,其特征在于所述直线步进电机的步长为0.001524mm,尺寸为68 X 35mm,重量为162g,推力为12kg。10.根据权利要求1所述磨床主轴轴向热误差检测装置,其特征在于所述机床Y轴轨道侧方下端设置有光栅尺。
【专利摘要】磨床主轴轴向热误差检测装置属于机床误差补偿技术领域,尤其涉及一种磨床主轴轴向热误差检测装置。本实用新型提供一种测量准确、使用方便的磨床主轴轴向热误差检测装置。本实用新型包括横向滑道,其结构要点横向滑道一端与机床Y轴上端相连,机床Y轴下端设置在机床Y轴轨道上;横向滑道另一端与向前侧倾斜的支架上端相连,支架下端与横向直线步进电机的后端相连,直线步进电机的前端驱动输出端与电涡流传感器相连;所述机床Y轴上设置有可上下移动的机床Z轴,机床Z轴的前端与机床加工主轴的后端相连,机床加工主轴的前端设置有竖向砂轮;所述电涡流传感器置于机床加工主轴的上方、竖向砂轮的后方。
【IPC分类】B24B49/10
【公开号】CN204725323
【申请号】CN201520467728
【发明人】孟昭军, 姜连志, 刘震, 关大陆
【申请人】辽宁科技学院
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年6月30日

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