一種數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種在三個方向產(chǎn)生微小位移以補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床熱誤差的裝置及補(bǔ)償方法。本實(shí)用新型屬于精密加工技術(shù)和工業(yè)自動化控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]熱誤差是數(shù)控機(jī)床最大的誤差源之一，占總誤差的40%_70%。機(jī)床熱誤差是由于機(jī)床內(nèi)外熱源的作用而使機(jī)床組成部件發(fā)生熱變形而導(dǎo)致的，越精密的機(jī)床，熱誤差占總誤差的比例越大。熱誤差不僅使產(chǎn)品的尺寸精度下降，而且因尺寸超差調(diào)整而影響生產(chǎn)率。因此，有效控制熱誤差對提高數(shù)控機(jī)床加工精度至關(guān)重要。
[0003]目前可采用的減小熱誤差的方法主要有三種:溫度場補(bǔ)償法、熱穩(wěn)定性設(shè)計和熱誤差補(bǔ)償。溫度場補(bǔ)償法是通過在一定部位布置加熱元件或在一些構(gòu)件內(nèi)流動循環(huán)冷卻油，實(shí)現(xiàn)熱量補(bǔ)償，以消除或減小熱誤差。此方法很難實(shí)現(xiàn)對空間各項(xiàng)熱誤差全部進(jìn)行有效的補(bǔ)償。熱穩(wěn)定性設(shè)計法是通過提高機(jī)床設(shè)計、制造和裝配精度來滿足機(jī)床的精度要求，可靠性高，但存在很大的局限性，而且經(jīng)濟(jì)代價往往非常昂貴。當(dāng)加工精度高于某一程度后，利用此方法來提高加工精度所花費(fèi)的成本按指數(shù)規(guī)律增長。誤差補(bǔ)償法是分析機(jī)床誤差來源，建立誤差模型，人為制造出新誤差以抵消原始誤差。此法投入費(fèi)用低，可用于現(xiàn)有機(jī)床，尤其是很難進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整的老化機(jī)床，大大提高經(jīng)濟(jì)效益。
[0004]目前所采用的熱誤差補(bǔ)償技術(shù)大多使用溫度監(jiān)控的位移補(bǔ)償法，需要在數(shù)控系統(tǒng)中裝入補(bǔ)償信號輸入接口，通過系統(tǒng)軟件的控制，使補(bǔ)償信號經(jīng)由總線輸至伺服進(jìn)給系統(tǒng)做補(bǔ)償運(yùn)動。此方法的不利之處在于伺服系統(tǒng)本身具有不可忽略的誤差，且補(bǔ)償系統(tǒng)受約束于不同的數(shù)控系統(tǒng)，通用性差。
[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供一種數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償裝置，該裝置外接于機(jī)床工作臺，接收補(bǔ)償信號并產(chǎn)生微位移來補(bǔ)償機(jī)床熱誤差，不受數(shù)控系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)制約，可以對數(shù)控機(jī)床熱誤差進(jìn)行實(shí)時補(bǔ)償。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償裝置，該補(bǔ)償裝置包括底座
(I)、水平方向滑塊、垂直方向滑塊(8)、垂直方向?qū)驂K、水平方向滑塊驅(qū)動元件、垂直方向滑塊驅(qū)動元件;水平方向滑塊包括X方向滑塊(7)和Y方向滑塊(6)，Y方向滑塊(6)安裝在底座(I)上，X方向滑塊(7)安裝在Y方向滑塊(6)上，X方向滑塊(7)和Y方向滑塊(6)用于抵消數(shù)控機(jī)床在加工過程中由于熱變形產(chǎn)生的水平方向的加工誤差;垂直方向滑塊(8)安裝在X方向滑塊(7)上，垂直方向滑塊(8)用于抵消數(shù)控機(jī)床在加工過程中由于熱變形產(chǎn)生的垂直方向的加工誤差。
[0007]所述水平方向滑塊、垂直方向滑塊(8)分別由水平方向滑塊驅(qū)動元件、垂直方向滑塊驅(qū)動元件進(jìn)行驅(qū)動和控制。
[0008]水平方向滑塊驅(qū)動元件包括第一堆疊型壓電陶瓷微位移致動器(5)、第三堆疊型壓電陶瓷微位移致動器(18)、第四堆疊型壓電陶瓷微位移致動器(23)、第五堆疊型壓電陶瓷微位移致動器(25);垂直方向滑塊驅(qū)動元件包括第二堆疊型壓電陶瓷微位移致動器(12)、第六堆疊型壓電陶瓷微位移致動器(28)、封裝型壓電陶瓷微位移致動器(27)。
[0009]水平方向滑塊的底部移動中軸線兩端均開有槽，槽內(nèi)分別固定有第一堆疊型壓電陶瓷微位移致動器(5)、第三堆疊型壓電陶瓷微位移致動器(18)、第四堆疊型壓電陶瓷微位移致動器(23)、第五堆疊型壓電陶瓷微位移致動器(25)，四枚壓電陶瓷分別由第一X方向壓電陶瓷固定塊(4)、第一 Y方向壓電陶瓷固定塊(19)、第二 X方向壓電陶瓷固定塊(24)、第二 Y方向壓電陶瓷固定塊(26)固定，用于驅(qū)動水平方向滑塊移動。
[0010]垂直方向滑塊(8)的底部開有四個對稱槽，槽內(nèi)各固定一枚封裝型壓電陶瓷微位移致動器(27);垂直方向滑塊(8)的頂部開有兩對稱槽，槽內(nèi)分別固定有第二堆疊型壓電陶瓷微位移致動器(12)、第六堆疊型壓電陶瓷微位移致動器(28)，兩枚壓電陶瓷分別由第一垂直方向壓電陶瓷固定塊(13)、第二垂直方向壓電陶瓷固定塊(15)固定，用以驅(qū)動垂直方向滑塊(8)移動。
[0011 ] Y方向滑塊(6)與底座(I)通過第一個燕尾槽連接，Y方向滑塊(6)能夠在底座(I)上滑動，第一個燕尾槽一側(cè)安裝有Y方向滑塊燕尾槽鑲條(20)，通過底座(I)上的第一Y方向滑塊燕尾槽間隙調(diào)整螺栓(3)、第二 Y方向滑塊燕尾槽間隙調(diào)整螺栓(22)調(diào)整Y方向滑塊燕尾槽鑲條(20)，實(shí)現(xiàn)對第一個燕尾槽的間隙調(diào)整;X方向滑塊(7)與Y方向滑塊(6)通過第二個燕尾槽連接，X方向滑塊(7)能夠在Y方向滑塊(6)上滑動，第二個燕尾槽一側(cè)安裝有X方向滑塊燕尾槽鑲條(21)，通過Y方向滑塊(6)上的兩個X方向滑塊燕尾槽間隙調(diào)整螺栓(17)調(diào)整X方向滑塊燕尾槽鑲條(21)，實(shí)現(xiàn)對第二個燕尾槽的間隙調(diào)整;X方向滑塊(7)的頂部與垂直方向滑塊(8)相對處開有四個對稱槽及四個引線槽，用于固定封裝型壓電陶瓷微位移致動器(27)，封裝型壓電陶瓷微位移致動器(27)的信號線通過壓電陶瓷引線槽(16)連接到數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償裝置外部。
[0012]垂直方向?qū)驂K(14)固定在X方向滑塊(7)頂部，垂直方向滑塊(8)與垂直方向?qū)驂K(14)通過第三個燕尾槽連接，垂直方向滑塊(8)能夠在垂直方向?qū)驂K(14)上滑動，第三個燕尾槽一側(cè)安裝有垂直方向滑塊燕尾槽鑲條(10)，通過垂直方向?qū)驂K(14)上的一個垂直方向滑塊燕尾槽間隙調(diào)整螺栓(9)調(diào)整垂直方向滑塊燕尾槽鑲條(10)，實(shí)現(xiàn)對第三個燕尾槽的間隙調(diào)整。
[0013]底座(I)兩端設(shè)有兩凸臺，每個凸臺開有兩個和機(jī)床工作臺T形槽間距相等的U形槽(2)，用于將底座(I)固定在數(shù)控機(jī)床工作臺上，垂直方向滑塊頂部開有均勻分布的夾具固定孔(11)，所述夾具固定孔(11)為螺紋孔，通過螺紋連接固定夾具。
[0014]—種數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償方法，數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償方法是通過若干溫度傳感器采集數(shù)控機(jī)床溫度敏感區(qū)溫度信息，通過總線將溫度數(shù)據(jù)傳入計算機(jī)并預(yù)報出熱誤差值及補(bǔ)償量，通過A/D轉(zhuǎn)化裝置將補(bǔ)償量轉(zhuǎn)化成不同的輸出電壓，通過驅(qū)動放大裝置放大電壓信號，用于驅(qū)動壓電陶瓷微位移致動器。
[0015]本實(shí)用新型具有的有益效果是:
[0016]1、本實(shí)用新型所述的補(bǔ)償裝置外接于機(jī)床工作臺，不受伺服系統(tǒng)及數(shù)控系統(tǒng)限制，應(yīng)用條件簡單，應(yīng)用范圍廣。
[0017]2、本實(shí)用新型所述的補(bǔ)償裝置可以在三個方向上產(chǎn)生微小位移，補(bǔ)償機(jī)床熱變形產(chǎn)生的誤差，有效提高機(jī)床加工精度。
[0018]3、本實(shí)用新型所述的補(bǔ)償方法將采集到的溫度數(shù)據(jù)輸入到計算機(jī)，計算機(jī)記錄溫度數(shù)據(jù)并根據(jù)已建立的熱誤差模型自動計算出補(bǔ)償量，將補(bǔ)償量轉(zhuǎn)換成電壓信號后放大，利用放大的電壓信號控制相應(yīng)的驅(qū)動元件，實(shí)現(xiàn)了熱誤差實(shí)時自動補(bǔ)償。
[0019]本實(shí)用新型適用于帶有工作臺的數(shù)控機(jī)床，根據(jù)加工工件及工作臺大小可采用不同尺寸，根據(jù)機(jī)床熱變形量大小可選用不同規(guī)格的壓電陶瓷微位移致動器，具有較好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0020]圖1是數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償裝置裝配圖；
[0021 ]圖2是熱誤差補(bǔ)償裝置俯視圖；
[0022]圖3是熱誤差補(bǔ)償裝置正視局部剖面圖A-A;
[0023]圖4是熱誤差補(bǔ)償裝置右視局部剖面圖B-B;
[0024]圖5是熱誤差補(bǔ)償裝置工作系統(tǒng)原理圖。
[0025]圖中:1、底座，2、底座固定U形槽，3、第一Y方向滑塊燕尾槽間隙調(diào)整螺栓，4、第一X方向壓電陶瓷固定塊，5、第一堆疊型壓電陶瓷微位移致動器，6、Y方向滑塊，7、X方向滑塊，
8、垂直方向滑塊，9、垂直方向滑塊燕尾槽間隙調(diào)整螺栓，10、垂直方向滑塊燕尾槽鑲條，11、夾具固定孔，12、第二堆疊型壓電陶瓷微位移致動器，13、第一垂直方向壓電陶瓷固定塊，14、垂直方向?qū)驂K，15、第二垂直方向壓電陶瓷