本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，特別涉及一種帶有熱伸長補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)給裝置。

背景技術(shù)：

機(jī)床正朝著高速、高精的方向發(fā)展，機(jī)床在使用過程中，會產(chǎn)生熱誤差。熱誤差在機(jī)床整個誤差中占有相當(dāng)大的比重，研究表明：在精密加工中熱變形引起的加工誤差占總加工誤差的40～70％，成為影響機(jī)床加工精度最主要的因素之一，目前已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

鏜軸組件作為數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，受熱產(chǎn)生的熱變形誤差較大，尤其是在鏜軸進(jìn)給方向的熱伸長誤差更為明顯，嚴(yán)重影響機(jī)床的加工精度、穩(wěn)定性和應(yīng)用范圍。如在鏜軸上安裝銑刀，進(jìn)行較大斜面或平面的銑削，由于兩次銑削間隔時間較長，鏜軸在這段時間內(nèi)的熱伸長量較大，將會產(chǎn)生較為明顯的接刀痕，使得銑削平面的平面度較差，不符合零件的加工工藝要求，導(dǎo)致較高的廢品率，成為各主機(jī)廠商亟需解決的關(guān)鍵問題之一。

目前，針對鏜軸由于受溫度場變化而導(dǎo)致的熱伸縮變形，在現(xiàn)有條件下其熱伸長量不可測、也不可控，還沒有有效的預(yù)防與解決措施，主要還是控制生熱以及對機(jī)床進(jìn)行預(yù)熱以均衡溫度場的方式加以改善。但由于上述方式作用有限，不能徹底解決鏜軸的熱伸長問題，并且鏜軸的熱伸長誤差大小將隨著工作狀態(tài)和環(huán)境溫度等條件的改變而變化。

因此，在當(dāng)前高精度數(shù)控機(jī)床需求日益增大的前提下，需要尋求適當(dāng)?shù)姆椒▉韺C(jī)床鏜軸的熱伸長進(jìn)行修正、補(bǔ)償。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種帶有熱伸長補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)給裝置，其特征在于，包括：

具有周向地形成于外圓面的對稱的槽的鏜軸，所述槽沿著所述鏜軸的軸向延伸分布；

套設(shè)于所述鏜軸的外圓面且位于所述槽內(nèi)的檢測元件，所述檢測元件的一端和所述槽固定連接以形成固定端，另一端形成自由端，所述檢測元件受熱時基本不變形；

設(shè)置于所述鏜軸外圓面靠近所述檢測元件的自由端一側(cè)的傳感器元件；

所述鏜軸受熱變形時，所述檢測元件的固定端被所述鏜軸帶動產(chǎn)生軸向位移，所述傳感器元件能夠獲知所述檢測元件自由端的位移量。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述檢測元件包括：

套設(shè)于所述鏜軸且處于所述槽內(nèi)的檢測桿，所述檢測桿的一端固定連接在所述槽內(nèi)以形成固定端，所述檢測桿的另一端由所述槽伸出以形成自由端；

套設(shè)于所述鏜軸且和所述檢測桿的自由端連接的檢測盤；

所述傳感器元件設(shè)置于所述鏜軸外圓面靠近所述檢測盤的位置，以使得所述檢測桿的固定端被所述鏜軸帶動產(chǎn)生軸向位移，所述傳感器元件能夠獲知所述檢測盤的位移量。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述檢測桿和所述鏜軸小間隙配合。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述的帶有熱伸長補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)給裝置包括：

和所述鏜軸關(guān)聯(lián)的滾珠絲杠；

和外部驅(qū)動單元關(guān)聯(lián)的滾珠絲杠螺母，隨著所述滾珠絲杠螺母的旋轉(zhuǎn)，所述滾珠絲杠能夠直線運(yùn)動；

所述傳感器元件獲取所述檢測元件的自由端的位移量后，所述滾珠絲杠螺母被所述驅(qū)動單元驅(qū)動，促使所述滾珠絲杠帶動所述鏜軸向著所述自由端位移的反方向等量補(bǔ)償運(yùn)動。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述鏜軸和所述滾珠絲杠通過角接觸軸承連接，以使得二者之間的直線運(yùn)動相互關(guān)聯(lián)，二者之間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動相互獨(dú)立。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述滾珠絲杠具有中空的內(nèi)腔；所述進(jìn)給裝置還包括：

設(shè)置于所述滾珠絲杠內(nèi)腔的拉刀桿；

所述拉刀桿和所述鏜軸相關(guān)聯(lián)，以使其能夠隨著鏜軸旋轉(zhuǎn)；

所述拉刀桿和所述滾珠絲杠通過無內(nèi)圈的滾針軸承連接，以使得二者之間保持獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

本發(fā)明提供帶有熱伸長補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的進(jìn)給裝置的傳感器元件與數(shù)控系統(tǒng)相連接，數(shù)控系統(tǒng)中的plc控制器采集傳感器元件獲取的位移量值，并換算為鏜軸熱伸長的補(bǔ)償值，進(jìn)而控制驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動鏜軸進(jìn)行相應(yīng)的反向運(yùn)動，以保證零件機(jī)械加工的精度及質(zhì)量。

本發(fā)明的檢測桿熱膨脹系數(shù)比鏜軸的熱膨脹系數(shù)低得多，比如低于后者的十分之一，檢測桿可由因瓦合金制成。

鏜軸增開兩個t型安裝槽后，需要校核其強(qiáng)度和剛度是否滿足使用要求，通過有限元分析計算，在同樣承受1000nm載荷情況下，增加t型槽前后鏜桿的最大變形量分別為0.047mm和0.049mm，二者相差在5％以內(nèi)，可滿足使用要求。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床鏜軸熱伸長位移的實(shí)時在線動態(tài)檢測與補(bǔ)償控制，能夠大大降低由于鏜軸的熱伸長變形而導(dǎo)致的加工誤差，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式中提供帶有熱伸長補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)給裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中q部分的局部放大圖；

圖3為圖1中p部分的局部放大圖。

具體實(shí)施方式

為了使發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。雖然附圖中顯示了本公開示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹的理解本發(fā)明，并且能夠?qū)⒈景l(fā)明的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

如圖1～圖3所示，本發(fā)明一實(shí)施方式提供的帶有熱伸長補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)給裝置主要包括鏜軸1、檢測元件2、傳感器元件4。鏜軸1的外圓面上周向地形成對稱的t型槽，該t型槽沿著鏜軸1的軸向延伸分布。檢測元件2套設(shè)于鏜軸1的外圓面且位于t型槽內(nèi)，檢測元件的一端和t型槽固定連接以形成固定端，另一端形成自由端，檢測元件2受熱時基本不變形。傳感器元件4設(shè)置于鏜軸1的外圓面靠近檢測元件2的自由端一側(cè)。鏜軸1受熱變形時，檢測元件2的固定端被鏜軸1帶動產(chǎn)生軸向位移，傳感器元件4能夠獲知檢測元件2自由端的位移量。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，檢測元件2包括檢測桿21和檢測盤22。檢測桿21套設(shè)于鏜軸1且處于t型槽內(nèi)，檢測桿21的一端固定連接在t型槽內(nèi)以形成固定端，檢測桿21的另一端由t型槽伸出以形成自由端。檢測盤22套設(shè)于鏜軸1且和檢測桿21的自由端連接。傳感器元件4設(shè)置于鏜軸1外圓面靠近檢測盤22的位置，以使得檢測桿21的固定端被鏜軸1帶動產(chǎn)生軸向位移，傳感器元件4能夠獲知檢測盤22的位移量。為減少軸向誤差，檢測盤22和軸承端蓋3之間采用小間隙配合。此外，傳感器元件4可以通過傳感器支架5安裝在鏜軸上。t型槽一方面可以限制檢測桿2在徑向方向運(yùn)動，同時又能保證檢測桿2在t型槽中沿軸向方向自由運(yùn)動，傳感器元件4與數(shù)控系統(tǒng)相連接，數(shù)控系統(tǒng)中的plc控制器采集傳感器元件4獲取的位移量的值，并換算為鏜軸熱伸長的補(bǔ)償值。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，檢測桿2和鏜軸1可采用小間隙配合。由于鏜軸1和檢測桿2具有不同的熱膨脹系數(shù)，故應(yīng)根據(jù)機(jī)床的使用溫度范圍計算并保證在最低溫度時二者之間的配合為間隙配合，以保證檢測桿2不被卡死，鏜軸1增開兩個t型安裝槽后，需要校核其強(qiáng)度和剛度是否滿足使用要求。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，帶有熱伸長補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)給裝置包括滾珠絲杠6、滾珠絲杠螺母7。其中，滾珠絲杠6和鏜軸1軸關(guān)聯(lián)，滾珠絲杠螺母7和外部驅(qū)動單元關(guān)聯(lián)，隨著滾珠絲杠螺母7的旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠6能夠直線運(yùn)動。傳感器元件4獲取檢測元件2的自由端的位移量后，滾珠絲杠螺母7被驅(qū)動單元驅(qū)動，促使?jié)L珠絲杠6帶動鏜軸1向著所述自由端位移的反方向等量補(bǔ)償運(yùn)動。

具體而言，控制伺服進(jìn)給電機(jī)帶動帶輪8連同滾珠絲杠螺母7旋轉(zhuǎn)，使得滾珠絲杠6產(chǎn)生與鏜軸1前端熱變形相反方向的運(yùn)動，并在角接觸球軸承9的連接下，將這一補(bǔ)償運(yùn)動傳遞給鏜軸1，從而實(shí)現(xiàn)對鏜軸精度的控制，保證鏜軸前端刀具安裝處不受鏜軸熱伸長變形的影響，從而提高其加工時的熱態(tài)精度。角接觸球軸承9可以將鏜軸1的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與滾珠絲杠6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動隔離開，即鏜軸1和滾珠絲杠6可以同步地做直線運(yùn)動，相互獨(dú)立地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，滾珠絲杠6具有中空的內(nèi)腔，該進(jìn)給裝置還包括設(shè)置于滾珠絲杠6內(nèi)腔的拉刀桿10。拉刀桿10和鏜軸1相關(guān)聯(lián)，以使其能夠隨著鏜軸1旋轉(zhuǎn)，拉刀桿10和滾珠絲杠6通過無內(nèi)圈的滾針軸承連接11，以使得二者之間保持獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

最后應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制性的。盡管參照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。