CN105234739B - 精密卧式加工中心机床导轨摩擦发热的热平衡方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种精密卧式加工中心机床导轨摩擦发热的热平衡方法及***，在床身（1）的底部增加发热板（9），床身铸造腔体内增加2个温度检测传感器（10）；在立柱（2）的后部增加发热板（11），立柱铸造腔体内增加2个温度检测传感器；在滑座（4）的后部增加发热板（12），滑座铸造腔体内增加2个温度检测传感器。温度传感器、发热板与数控模块（15）相连接，数控模块分别计算各大结构件腔体内传感器的温度差值，当温度差值大于设定值时，控制发热板加热，当温差小于设定值时，控制发热板不加热。本发明可有效抑制导轨发热引起的该结构布局的机床空间精度的变化，提高机床的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及机床热平衡设计测试及控制领域，尤其是涉及机床基础大件针对机床导轨摩擦发热的热平衡设计、测试及控制。
背景技术
热变形是造成机床精度变化的关键因素之一。是机床工作不稳定的重要因素。随着机床技术的不断发展，人们对机床的热影响有了更多的研究，并开始采取措施，尽量消除机床热源发热带来的对机床的变形的影响。
近年，高精度机床的设计，普遍考虑了机床的热平衡问题，主要采用的方法包括以下几个方面：
在总体结构上，针对热源采用了对称结构设计方式；
针对丝杠副的摩擦法热采用了丝杠中空内冷却或螺母冷却的方式；
针对内装电机或力矩电机采用了电机循环冷却措施；
针对关键轴承采用了循环冷却措施。
针对外置电机发热源采用隔离冷却等措施。
在实际应用中，有效抑制了单元部件的热影响。
但是，运动部件之间的导轨结合部之间的发热却很少被考虑。主要的原因是，第一，认为导轨结合部的发热较小，基础结构大件的刚度好，对变形的影响很小。第二，在导轨与大结构件接触的表面之间，通常由于结构的关系较难增加主动冷却措施。为解决这一问题，国外有的厂家在基础大件上打孔，通过液体在孔内循环冷却的方式进行冷却，但这增加了铸造难度，同时增加了机床的重量。
实际情况是，机床工作中，导轨副摩擦产生的热量直接传导到基础大结构件上，由于基础结构件与在其上运动的部件相比，具有大得多的尺寸面积，因此，大结构件的前后面之间的低的温差却引起了很大的变形，从而导致了机床整体空间误差的成倍增加，造成了机床工作时，机床空间几何精度随温度及行程位置的变化而发生巨大变化。参见说明书附图图1和图2，机床包括床身（1）、立柱（2）、 X向导轨副（3）、滑座（4）、 Y向导轨副（5）、主轴箱（6）、工作台（7）、Z向导轨副（8）。立柱（2）与床身（1）固定连接，滑座（4）通过X向导轨副（3）在立柱（2）上左右运动实现机床X向运动，主轴箱（6）通过Y向导轨副（5）在滑座（4）上上下运动实现机床Y向运动，工作台（7）通过Z向导轨副（8）在床身（1）上前后运动，实现机床Z向运动。图1为机床未工作（导轨冷时）的状态，图2为机床工作一段时间后（因为机床导轨副发热）引起的变形情况。
因此，亟待寻找一个简单方便有效，可以更好控制机床大结构件的热变形的方法，达到实时监测，实时控制，保证机床整体热变形的平衡。
发明内容
本发明为了解决现有技术中卧式加工中心机床导轨摩擦发热引起的大结构件的变形不平衡的问题，提供了如下的技术方案：
一种精密卧式加工中心机床导轨摩擦发热的热平衡方法，包括如下步骤：
在机床结构大件的导轨安装面的对面设置发热装置；
在机床结构大件的腔体内，在贴近导轨安装面的一面以及导轨安装面的对面分别设置温度传感器，分别用于检测贴近导轨安装面的一面以及导轨安装面的对面的温度；
计算贴近导轨安装面的一面以及导轨安装面的对面之间的温差，并与预先设定的温差值进行比较，根据比较结果控制发热装置是否加热。
进一步地，当贴近导轨安装面的一面以及导轨安装面的对面之间的温差大于预先设定的温差值时，控制发热装置加热；当贴近导轨安装面的一面以及导轨安装面的对面之间的温差小于预先设定的温差值时，控制发热装置不加热。
进一步地，所述机床结构大件选自以下的一种或几种：床身、立柱、滑座。
进一步地，所述发热装置为发热板。
进一步地，发热板以机床结构大件的变形中心为对称中心进行放置。
进一步地，发热板与导轨安装面平行。
本发明还公开了一种精密卧式加工中心机床导轨摩擦发热的热平衡***，包括机床结构大件，所述机床结构大件的导轨安装面的对面设置有发热装置，在机床结构大件的腔体内，在贴近导轨安装面的一侧以及远离导轨安装面的一侧分别设置有温度传感器，分别用于检测贴近导轨安装面的一侧以及远离导轨安装面的一侧的温度；所述发热装置、温度传感器与数控模块连接；数控模块计算每个机床结构大件贴近导轨安装面的一面以及导轨安装面的对面之间的温差，并与预先设定的温差值进行比较，根据比较结果控制发热装置是否加热。
进一步地，机床结构大件包括选自以下的一种或几种：床身、立柱、滑座。
进一步地，所述发热装置为发热板；发热板以机床结构大件的变形中心为对称中心进行放置。
进一步地，发热板与导轨安装面平行。
本发明精密卧式加工中心机床导轨摩擦发热的热平衡方法及***具有以下有益效果：
（1）由于发热装置体积小，厚度小，仅几毫米，因此便于在机床上安装使用；
（2）由于发热装置为电控方式，因此没有流体方式所必须的循环管道，不影响机床部件的运动状态；
（3）由于机床的加热方式，为实时监测，根据测量结果，自动实时控制加热状态，因此，使温度平衡的控制达到智能化；
（4）可以人工方便观察机床工作中的测量点的温度，及温差情况，方便进行温差的设定，制定温度平衡的控制要求，根据实际情况，快速优化温度平衡的控制参数。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细阐述：
图1示出了精密卧式加工中心机床的布局结构示意图。
图2示出了导轨发热引起的机床大结构件的变形情况示意图。
图3示出了本发明精密卧式加工中心机床导轨摩擦发热的热平衡***的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
有关的卧式加工中心机床结构大件主要包括3个，即床身、立柱、滑座；在每个结构大件导轨安装面的对面贴上发热板，发热板的放置位置与结构可能的变形中心对称为佳，在结构大件的腔体内，在贴近导轨安装面的一面及导轨安装面的对面分别设置2个温度传感器，测量两面之间的温差，通过电流及电压控制发热板的发热量，通过设定不同的温差值与测量得到的温差值进行比较，自动控制调节发热板的发热量，从而起到与导轨安装面的温度的平衡调节作用。
如图3所示，在床身1的底部增加发热板9，床身铸造腔体内增加2个温度检测传感器10；在立柱2的后部增加发热板11，立柱铸造腔体内增加2个温度检测传感器10；在滑座4的后部增加发热板12，滑座铸造腔体内增加2个温度检测传感器10。温度传感器通过导线13与数控模块15中的温度补偿板相连接，发热板通过导线14与数控模块的继电器相连接。
通过数控模块的PLC功能，读取各温度传感器的温度值，分别计算各大结构件腔体内传感器的温度差值。编制控制程序，当温度差值大于设定值时，继电器控制发热板加热，当温差小于设定值时，继电器断开，发热板不加热。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种精密卧式加工中心机床导轨摩擦发热的热平衡方法，其特征在于：包括如下步骤：
在机床结构大件的导轨安装面的对面设置发热装置；
在机床结构大件的腔体内，在贴近导轨安装面的一面以及导轨安装面的对面分别设置温度传感器，分别用于检测贴近导轨安装面的一面以及导轨安装面的对面的温度；
计算贴近导轨安装面的一面以及导轨安装面的对面之间的温差，并与预先设定的温差值进行比较，根据比较结果控制发热装置是否加热；
当贴近导轨安装面的一面以及导轨安装面的对面之间的温差大于预先设定的温差值时，控制发热装置加热；当贴近导轨安装面的一面以及导轨安装面的对面之间的温差小于预先设定的温差值时，控制发热装置不加热；
所述机床结构大件选自以下的一种或几种：床身、立柱、滑座；
所述发热装置为发热板；发热板以机床结构大件的变形中心为对称中心进行放置，发热板与导轨安装面平行；
温度传感器通过导线与数控模块中的温度补偿板相连接，发热板通过导线与数控模块的继电器相连接；通过数控模块的PLC功能，读取各温度传感器的温度值，分别计算各机床结构大件腔体内温度传感器的温度差值；编制控制程序，当温度差值大于设定值时，继电器控制发热板加热，当温差小于设定值时，继电器断开，发热板不加热。
2.一种应用如权利要求1所述方法的精密卧式加工中心机床导轨摩擦发热的热平衡***，其特征在于：包括机床结构大件，所述机床结构大件的导轨安装面的对面设置有发热装置，在机床结构大件的腔体内，在贴近导轨安装面的一侧以及远离导轨安装面的一侧分别设置有温度传感器，分别用于检测贴近导轨安装面的一侧以及远离导轨安装面的一侧的温度；所述发热装置、温度传感器与数控模块连接；数控模块计算每个机床结构大件贴近导轨安装面的一面以及导轨安装面的对面之间的温差，并与预先设定的温差值进行比较，根据比较结果控制发热装置是否加热；机床结构大件包括选自以下的一种或几种：床身、立柱、滑座；所述发热装置为发热板，发热板以机床结构大件的变形中心为对称中心进行放置，发热板与导轨安装面平行；温度传感器通过导线与数控模块中的温度补偿板相连接，发热板通过导线与数控模块的继电器相连接；通过数控模块的PLC功能，读取各温度传感器的温度值，分别计算各机床结构大件腔体内温度传感器的温度差值；编制控制程序，当温度差值大于设定值时，继电器控制发热板加热，当温差小于设定值时，继电器断开，发热板不加热。
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