高精密坐标镗床主轴箱结构热变形的测量装置及测量方法与流程

本发明涉及高精密坐标镗床主轴箱热变形，具体地，涉及一种高精密坐标镗床主轴箱结构热变形的测量装置及测量方法。

背景技术：

1、坐标镗床主轴箱热变形问题在机床加工过程中具有重要意义，它会对加工精度和机床性能产生显著影响。由于主轴箱在高速运转时产生的摩擦热导致温度升高，引发热变形从而影响加工精度，因此，精确测量热变形量对于控制加工精度和提高机床稳定性至关重要。

2、专利号cn108548839b的一种高精度零部件热变形测试装置及测试方法以及专利号cn215115980u的一种高精度零部件热变形测试装置，在测试热变形的过程中对零件的形变不单只是视觉观测，而是通过传感器及压力计，有具体的数据支撑，但采用传感器及压力计数量较多，导致测试过程繁琐、复杂，同时也会引起较大的测量误差。

3、为了解决上述问题，针对现有技术的不足，本发明提出了一种新的热变形测量方法。该方法只需使用千分表测出一个测点的热变形，然后通过电子水平仪测量不同测点之间的斜度进行扩充数据，即可准确地计算出其他测点的热变形量。与传统的测量方法相比，本发明的测量方法具有操作简便、测量时间短、结果准确、误差小等优点。此外，该方法还能够准确模拟真实场景，为实际加工过程中的热变形控制提供更加可靠的依据。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高精密坐标镗床主轴箱结构热变形的测量装置及测量方法。

2、根据本发明提供的一种高精密坐标镗床主轴箱结构热变形的测量装置，包括主轴箱1、千分表2、电子水平仪4、温度传感器3、加热板5、垫铁6、加热板温控箱7、数据采集模块8，其中：

3、千分表2、电子水平仪4安装在所述主轴箱1上；

4、加热板5、温度传感器3安装在所述主轴箱1内；

5、所述加热板温控箱7与加热板5通过线缆进行连接控制发热；

6、所述数据采集模块8连接温度传感器3连接，实时输送温度变化数据；

7、所述垫铁6用于调平所述主轴箱1。

8、优选地，所述温度传感器3温度采样频率为1hz，千分表2记录频率为每隔30分钟测量一次。

9、根据本发明提供的一种基于上述的高精密坐标镗床主轴箱结构热变形的测量装置的测量方法，包括如下步骤：

10、步骤s1：安装加热板5至主轴箱1内壁；

11、步骤s2：利用垫铁6将主轴箱1调平；

12、步骤s3：安装千分表2及温度传感器3至主轴箱1；

13、步骤s4：进行主轴箱1内壁加热并记录内壁温度变化；

14、步骤s5：千分表2测量主轴箱1在不同方向的热变形，电子水平仪4测量不同测点的斜度；

15、步骤s6：重复加热测量数次，基于测点变形数据，后处理显示主轴箱1热变形情况；

16、步骤s7：评估环形热变形波动情况，进一步指导主轴箱1结构设计。

17、优选地，所述步骤s1中，加热板作为试验测量模拟热源代替镗床理论热源电主轴发热进行试验。

18、优选地，所述步骤s1中，加热板具有加热板温控箱，能够精确控制加热板加热温度变化情况，模拟实际电主轴发热。

19、优选地，所述步骤s2中，使用垫铁调平主轴箱，具体为使用三块可调节高度的垫铁及电子水平仪，先在主轴箱上端面处架设工装，在其上使用电子水平仪测量左右两测点，调节垫铁高度使电子水平仪的读数为0，再将工装旋转90°后使用电子水平仪测量上下两测点，调节垫铁高度使电子水平仪读数为0，确保主轴箱端面水平，避免测量热变形过程中误差影响。

20、优选地，所述步骤s3中，温度传感器3设置有多个，分布在加热板5与主轴箱内壁之间以及主轴箱端面。

21、优选地，所述步骤s3中，千分表2设置有多个，多个千分表2分布在主轴箱1的主轴箱1的x、y、z三个方向端面，记录主轴箱加热过程端面热变形的读数。

22、优选地，所述步骤s5中，根据主轴箱1x、y、z三个方向端面千分表2读数进行热变形记录，使用电子水平仪4对主轴箱端面上的多个测点进行斜度检测，进一步估计热变形情况。

23、优选地，所述步骤s5中的测点为主轴箱1圆周端面上进行均分的多个点，所述不同测点间的竖直高度差为基座底面长度乘水平仪读数。

24、优选地，所述步骤s7中，评估环形热变形波动情况的过程包括：

25、步骤s701：电子水平仪4测量相邻两个测点p1-p2斜度，计算初始高度差；

26、步骤s702：加热载，用千分表2计算p1点竖直变形；

27、步骤s703：电子水平仪4测量相邻两个测点p1-p2斜度，计算加热后高度差；

28、步骤s704：由加热前p1测点值与斜度计算加热前每个测点值，由加热后千分表读数p1测点变形绝对值与斜度计算加热后每个测点值；

29、步骤s705：依次计算所有相邻测点的加热前后高度差，取最大值为热变形量，根据热变形量建立波动图。

30、优选地，所述步骤s7评估环形热变形波动情况时，对测点数据进行处理如下：

31、加热前使用千分表(2)测得测点p1值n01，使用电子水平仪(4)测量p1-p2两测点间读数即斜度k01，计算初始高度差h01＝电子水平仪基座底面长度l×水平仪读数k01，得加热前测点p2值n02＝n01+h01，使用电子水平仪(4)测量各测点间斜度k，根据各测点间斜度关系得到加热前各测点值；

32、加热后，使用千分表(2)测量p1测点的绝对变形量，得到加热后测点p1值n11，使用电子水平仪(4)测量p1-p2两测点间读数即斜度k11，高度差h11＝l×k11，得加热后测点p2值n12＝n11+h11使用电子水平仪(4)测量各测点间加热后斜度k，根据各测点间斜度得到加热后各测点值；

33、加热前后各测点值n之间相减，取最大值即各测点加热前后的热变形量，根据加热前后各测点热变形量建立环形波动图。

34、优选地，所述步骤s7评估主轴箱1端面环形热变形波动情况后，根据主轴箱1不同方向端面热变形情况，针对性优化主轴箱1结构设计后，再次进行结构多次优化。

35、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

36、1、本发明通过提供的测量方法及测量装置，可以模拟镗床电主轴实际工作发热情况，满足精确测量主轴箱热变形的测量要求并指导主轴箱结构设计以满足设计要求。

37、2、本发明中通过多处安装千分表及温度传感器，能够全方面表现主轴箱端面三个方向的热变形情况。

38、3、本发明中通过温控箱及数据采集模块，可以精确控制加热温度及可视化温度变化曲线，可以对主轴箱热变形情况与温度变化情况有直观表现。

39、4、本发明通过设置主轴箱端面的5个测点，设计了一种全新的测量主轴箱端面波动热变形情况的方法。这种方法不仅通过这5个测点精确计算出主轴箱的热变形情况，而且相较其他传统的测量主轴箱热变形方法更加简洁、方便且精确。传统的测量方法对于每个测点都需要使用千分表进行测量，本发明仅需使用一个千分表测得一个测点的热变形，配合电子水平仪测量斜度进行测点数据的扩充即可得到所有5个测点的热变形数据，从而极大地简化了测量过程，提高了测量效率，同时也降低了测量成本。这种创新的方法在保证测量精度的前提下，为主轴箱热变形的测量提供了新的解决方案，彰显了其独特的技术优势。