精密臥式加工中心機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱的熱平衡方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)床熱平衡設(shè)計(jì)測(cè)試及控制領(lǐng)域，尤其是涉及機(jī)床基礎(chǔ)大件針對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱的熱平衡設(shè)計(jì)、測(cè)試及控制。
【背景技術(shù)】
[0002]熱變形是造成機(jī)床精度變化的關(guān)鍵因素之一。是機(jī)床工作不穩(wěn)定的重要因素。隨著機(jī)床技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)機(jī)床的熱影響有了更多的研究，并開(kāi)始采取措施，盡量消除機(jī)床熱源發(fā)熱帶來(lái)的對(duì)機(jī)床的變形的影響。
[0003]近年，高精度機(jī)床的設(shè)計(jì)，普遍考慮了機(jī)床的熱平衡問(wèn)題，主要采用的方法包括以下幾個(gè)方面:
在總體結(jié)構(gòu)上，針對(duì)熱源采用了對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式；
針對(duì)絲杠副的摩擦法熱采用了絲杠中空內(nèi)冷卻或螺母冷卻的方式；
針對(duì)內(nèi)裝電機(jī)或力矩電機(jī)采用了電機(jī)循環(huán)冷卻措施；
針對(duì)關(guān)鍵軸承采用了循環(huán)冷卻措施。
[0004]針對(duì)外置電機(jī)發(fā)熱源采用隔離冷卻等措施。
[0005]在實(shí)際應(yīng)用中，有效抑制了單元部件的熱影響。
[0006]但是，運(yùn)動(dòng)部件之間的導(dǎo)軌結(jié)合部之間的發(fā)熱卻很少被考慮。主要的原因是，第一，認(rèn)為導(dǎo)軌結(jié)合部的發(fā)熱較小，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)大件的剛度好，對(duì)變形的影響很小。第二，在導(dǎo)軌與大結(jié)構(gòu)件接觸的表面之間，通常由于結(jié)構(gòu)的關(guān)系較難增加主動(dòng)冷卻措施。為解決這一問(wèn)題，國(guó)外有的廠家在基礎(chǔ)大件上打孔，通過(guò)液體在孔內(nèi)循環(huán)冷卻的方式進(jìn)行冷卻，但這增加了鑄造難度，同時(shí)增加了機(jī)床的重量。
[0007]實(shí)際情況是，機(jī)床工作中，導(dǎo)軌副摩擦產(chǎn)生的熱量直接傳導(dǎo)到基礎(chǔ)大結(jié)構(gòu)件上，由于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件與在其上運(yùn)動(dòng)的部件相比，具有大得多的尺寸面積，因此，大結(jié)構(gòu)件的前后面之間的低的溫差卻引起了很大的變形，從而導(dǎo)致了機(jī)床整體空間誤差的成倍增加，造成了機(jī)床工作時(shí)，機(jī)床空間幾何精度隨溫度及行程位置的變化而發(fā)生巨大變化。參見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖圖1和圖2，機(jī)床包括床身(1)、立柱(2)、X向?qū)к壐?3)、滑座(4)、Y向?qū)к壐?5)、主軸箱(6)、工作臺(tái)(7)、Z向?qū)к壐?8)。立柱(2)與床身(1)固定連接，滑座(4)通過(guò)X向?qū)к壐?3 )在立柱(2 )上左右運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)床X向運(yùn)動(dòng)，主軸箱(6 )通過(guò)Y向?qū)к壐?5 )在滑座
(4)上上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)床Y向運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)(7 )通過(guò)Z向?qū)к壐?8 )在床身(1)上前后運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床Z向運(yùn)動(dòng)。圖1為機(jī)床未工作(導(dǎo)軌冷時(shí))的狀態(tài)，圖2為機(jī)床工作一段時(shí)間后(因?yàn)闄C(jī)床導(dǎo)軌副發(fā)熱)引起的變形情況。
[0008]因此，亟待尋找一個(gè)簡(jiǎn)單方便有效，可以更好控制機(jī)床大結(jié)構(gòu)件的熱變形的方法，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)控制，保證機(jī)床整體熱變形的平衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中臥式加工中心機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱引起的大結(jié)構(gòu)件的變形不平衡的問(wèn)題，提供了如下的技術(shù)方案:
一種精密臥式加工中心機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱的熱平衡方法，包括如下步驟:
在機(jī)床結(jié)構(gòu)大件的導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面設(shè)置發(fā)熱裝置；
在機(jī)床結(jié)構(gòu)大件的腔體內(nèi)，在貼近導(dǎo)軌安裝面的一面以及導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面分別設(shè)置溫度傳感器，分別用于檢測(cè)貼近導(dǎo)軌安裝面的一面以及導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面的溫度；
計(jì)算貼近導(dǎo)軌安裝面的一面以及導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面之間的溫差，并與預(yù)先設(shè)定的溫差值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制發(fā)熱裝置是否加熱。
[0010]進(jìn)一步地，當(dāng)貼近導(dǎo)軌安裝面的一面以及導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面之間的溫差大于預(yù)先設(shè)定的溫差值時(shí)，控制發(fā)熱裝置加熱；當(dāng)貼近導(dǎo)軌安裝面的一面以及導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面之間的溫差小于預(yù)先設(shè)定的溫差值時(shí)，控制發(fā)熱裝置不加熱。
[0011]進(jìn)一步地，所述機(jī)床結(jié)構(gòu)大件選自以下的一種或幾種:床身、立柱、滑座。
[0012]進(jìn)一步地，所述發(fā)熱裝置為發(fā)熱板。
[0013]進(jìn)一步地，發(fā)熱板以機(jī)床結(jié)構(gòu)大件的變形中心為對(duì)稱中心進(jìn)行放置。
[0014]進(jìn)一步地，發(fā)熱板與導(dǎo)軌安裝面平行。
[0015]本發(fā)明還公開(kāi)了一種精密臥式加工中心機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱的熱平衡系統(tǒng)，包括機(jī)床結(jié)構(gòu)大件，所述機(jī)床結(jié)構(gòu)大件的導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面設(shè)置有發(fā)熱裝置，在機(jī)床結(jié)構(gòu)大件的腔體內(nèi)，在貼近導(dǎo)軌安裝面的一側(cè)以及遠(yuǎn)離導(dǎo)軌安裝面的一側(cè)分別設(shè)置有溫度傳感器，分別用于檢測(cè)貼近導(dǎo)軌安裝面的一側(cè)以及遠(yuǎn)離導(dǎo)軌安裝面的一側(cè)的溫度；所述發(fā)熱裝置、溫度傳感器與數(shù)控模塊連接；數(shù)控模塊計(jì)算每個(gè)機(jī)床結(jié)構(gòu)大件貼近導(dǎo)軌安裝面的一面以及導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面之間的溫差，并與預(yù)先設(shè)定的溫差值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制發(fā)熱裝置是否加熱。
[0016]進(jìn)一步地，機(jī)床結(jié)構(gòu)大件包括選自以下的一種或幾種:床身、立柱、滑座。
[0017]進(jìn)一步地，所述發(fā)熱裝置為發(fā)熱板；發(fā)熱板以機(jī)床結(jié)構(gòu)大件的變形中心為對(duì)稱中心進(jìn)行放置。
[0018]進(jìn)一步地，發(fā)熱板與導(dǎo)軌安裝面平行。
[0019]本發(fā)明精密臥式加工中心機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱的熱平衡方法及系統(tǒng)具有以下有益效果:
(1)由于發(fā)熱裝置體積小，厚度小，僅幾毫米，因此便于在機(jī)床上安裝使用；
(2)由于發(fā)熱裝置為電控方式，因此沒(méi)有流體方式所必須的循環(huán)管道，不影響機(jī)床部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
(3)由于機(jī)床的加熱方式，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果，自動(dòng)實(shí)時(shí)控制加熱狀態(tài)，因此，使溫度平衡的控制達(dá)到智能化；
(4)可以人工方便觀察機(jī)床工作中的測(cè)量點(diǎn)的溫度，及溫差情況，方便進(jìn)行溫差的設(shè)定，制定溫度平衡的控制要求，根據(jù)實(shí)際情況，快速優(yōu)化溫度平衡的控制參數(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)闡述:
圖1示出了精密臥式加工中心機(jī)床的布局結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2示出了導(dǎo)軌發(fā)熱引起的機(jī)床大結(jié)構(gòu)件的變形情況示意圖。
[0022]圖3示出了本發(fā)明精密臥式加工中心機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱的熱平衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
[0024]有關(guān)的臥式加工中心機(jī)床結(jié)構(gòu)大件主要包括3個(gè)，即床身、立柱、滑座；在每個(gè)結(jié)構(gòu)大件導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面貼上發(fā)熱板，發(fā)熱板的放置位置與結(jié)構(gòu)可能的變形中心對(duì)稱為佳，在結(jié)構(gòu)大件的腔體內(nèi)，在貼近導(dǎo)軌安裝面的一面及導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面分別設(shè)置2個(gè)溫度傳感器，測(cè)量?jī)擅嬷g的溫差，通過(guò)電流及電壓控制發(fā)熱板的發(fā)熱量，通過(guò)設(shè)定不同的溫差值與測(cè)量得到的溫差值進(jìn)行比較，自動(dòng)控制調(diào)節(jié)發(fā)熱板的發(fā)熱量，從而起到與導(dǎo)軌安裝面的溫度的平衡調(diào)節(jié)作用。
[0025]如圖3所示，在床身1的底部增加發(fā)熱板9，床身鑄造腔體內(nèi)增加2個(gè)溫度檢測(cè)傳感器10 ;在立柱2的后部增加發(fā)熱板11，立柱鑄造腔體內(nèi)增加2個(gè)溫度檢測(cè)傳感器10 ;在滑座4的后部增加發(fā)熱板12，滑座鑄造腔體內(nèi)增加2個(gè)溫度檢測(cè)傳感器10。溫度傳感器通過(guò)導(dǎo)線13與數(shù)控模塊15中的溫度補(bǔ)償板相連接，發(fā)熱板通過(guò)導(dǎo)線14與數(shù)控模塊的繼電器相連接。
[0026]通過(guò)數(shù)控模塊的PLC功能，讀取各溫度傳感器的溫度值，分別計(jì)算各大結(jié)構(gòu)件腔體內(nèi)傳感器的溫度差值。編制控制程序，當(dāng)溫度差值大于設(shè)定值時(shí)，繼電器控制發(fā)熱板加熱，當(dāng)溫差小于設(shè)定值時(shí)，繼電器斷開(kāi)，發(fā)熱板不加熱。
[0027]上述實(shí)施例只是為了說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的是在于讓本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡是根據(jù)本
【發(fā)明內(nèi)容】
的實(shí)質(zhì)所作出的等效的變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種精密臥式加工中心機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱的熱平衡方法，其特征在于:包括如下步驟: 在機(jī)床結(jié)構(gòu)大件的導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面設(shè)置發(fā)熱裝置； 在機(jī)床結(jié)構(gòu)大件的腔體內(nèi)，在貼近導(dǎo)軌安裝面的一面以及導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面分別設(shè)置溫度傳感器，分別用于檢測(cè)貼近導(dǎo)軌安裝面的一面以及導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面的溫度； 計(jì)算貼近導(dǎo)軌安裝面的一面以及導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面之間的溫差，并與預(yù)先設(shè)定的溫差值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制發(fā)熱裝置是否加熱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密臥式加工中心機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱的熱平衡方法，其特征在于:當(dāng)貼近導(dǎo)軌安裝面的一面以及導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面之間的溫差大于預(yù)先設(shè)定的溫差值時(shí)，控制發(fā)熱裝置加熱；當(dāng)貼近導(dǎo)軌安裝面的一面以及導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面之間的溫差小于預(yù)先設(shè)定的溫差值時(shí)，控制發(fā)熱裝置不加熱。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的精密臥式加工中心機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱的熱平衡方法，其特征在于:所述機(jī)床結(jié)構(gòu)大件選自以下的一種或幾種:床身、立柱、滑座。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的精密臥式加工中心機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱的熱平衡方法，其特征在于:所述發(fā)熱裝置為發(fā)熱板。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的精密臥式加工中心機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱的熱平衡方法，其特征在于:發(fā)熱板以機(jī)床結(jié)構(gòu)大件的變形中心為對(duì)稱中心進(jìn)行放置。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的精密臥式加工中心機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱的熱平衡方法，其特征在于:發(fā)熱板與導(dǎo)軌安裝面平行。7.一種應(yīng)用如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述方法的精密臥式加工中心機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱的熱平衡系統(tǒng)，其特征在于:包括機(jī)床結(jié)構(gòu)大件，所述機(jī)床結(jié)構(gòu)大件的導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面設(shè)置有發(fā)熱裝置，在機(jī)床結(jié)構(gòu)大件的腔體內(nèi)，在貼近導(dǎo)軌安裝面的一側(cè)以及遠(yuǎn)離導(dǎo)軌安裝面的一側(cè)分別設(shè)置有溫度傳感器，分別用于檢測(cè)貼近導(dǎo)軌安裝面的一側(cè)以及遠(yuǎn)離導(dǎo)軌安裝面的一側(cè)的溫度；所述發(fā)熱裝置、溫度傳感器與數(shù)控模塊連接；數(shù)控模塊計(jì)算每個(gè)機(jī)床結(jié)構(gòu)大件貼近導(dǎo)軌安裝面的一面以及導(dǎo)軌安裝面的對(duì)面之間的溫差，并與預(yù)先設(shè)定的溫差值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制發(fā)熱裝置是否加熱。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的精密臥式加工中心機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱的熱平衡系統(tǒng)，其特征在于:機(jī)床結(jié)構(gòu)大件包括選自以下的一種或幾種:床身、立柱、滑座。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的精密臥式加工中心機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱的熱平衡系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)熱裝置為發(fā)熱板；發(fā)熱板以機(jī)床結(jié)構(gòu)大件的變形中心為對(duì)稱中心進(jìn)行放置。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的精密臥式加工中心機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱的熱平衡系統(tǒng)，其特征在于:發(fā)熱板與導(dǎo)軌安裝面平行。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種精密臥式加工中心機(jī)床導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱的熱平衡方法及系統(tǒng)，在床身（1）的底部增加發(fā)熱板（9），床身鑄造腔體內(nèi)增加2個(gè)溫度檢測(cè)傳感器（10）；在立柱（2）的后部增加發(fā)熱板（11），立柱鑄造腔體內(nèi)增加2個(gè)溫度檢測(cè)傳感器；在滑座（4）的后部增加發(fā)熱板（12），滑座鑄造腔體內(nèi)增加2個(gè)溫度檢測(cè)傳感器。溫度傳感器、發(fā)熱板與數(shù)控模塊（15）相連接，數(shù)控模塊分別計(jì)算各大結(jié)構(gòu)件腔體內(nèi)傳感器的溫度差值，當(dāng)溫度差值大于設(shè)定值時(shí)，控制發(fā)熱板加熱，當(dāng)溫差小于設(shè)定值時(shí)，控制發(fā)熱板不加熱。本發(fā)明可有效抑制導(dǎo)軌發(fā)熱引起的該結(jié)構(gòu)布局的機(jī)床空間精度的變化，提高機(jī)床的穩(wěn)定性。
【IPC分類】B23Q11/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105234739
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510730931
【發(fā)明人】聶應(yīng)新, 劉炳業(yè), 馬春年, 肖博, 王銳, 祝英平, 任慧玲
【申請(qǐng)人】北京工研精機(jī)股份有限公司
【公開(kāi)日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年11月2日