專利名稱：基于超磁致伸縮驅(qū)動的高速機床熱誤差補償裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明公開了一種熱誤差補償裝置，特別是涉及一種基于超磁致伸縮驅(qū)動的高速機床熱誤差補償裝置，主要適用于高速切削加工。
背景技術：
隨著科技發(fā)展和制造業(yè)的需求，高速切削加工成為一個重要發(fā)展趨勢。隨著轉(zhuǎn)速的提高，電主軸系統(tǒng)發(fā)熱劇烈上升，熱變形也迅速增大，加工誤差也隨之增大。目前的閉環(huán)控制尚無法實現(xiàn)對熱變形引起加工誤差的補償。目前高速機床通常采用水冷降低主軸系統(tǒng)溫升，減小加工誤差。溫升無法避免，這種方法只能在一定程度上降低加工誤差。現(xiàn)在機床誤差補償關鍵技術包括高精度檢測和高精度、高頻響刀具驅(qū)動。檢測技術的快速發(fā)展，以及機床神經(jīng)網(wǎng)絡等方面的深入研究，是機床誤差補償?shù)闹匾?。超磁致伸縮材料具有應變量大(1300 2000ppm)、輸出力大及響應速度快的優(yōu)點，基于超磁致伸縮驅(qū)動器可以實現(xiàn)高頻、精確誤差補償。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種高精度、高頻響誤差補償?shù)幕诔胖律炜s驅(qū)動的高速機床熱誤差補償裝置。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的基于超磁致伸縮驅(qū)動的高速機床熱誤差補償裝置，超磁棒與線圈同軸心安裝在外殼內(nèi)并用端蓋和螺釘固定，所述端蓋和所述的外殼均為導磁材料，與所述的超磁棒共同構成閉合磁路，導桿一端與所述的超磁棒對接且在所述的導桿與所述的端蓋之間設有彈簧，所述的導桿的另一端通過銷釘連接到滑塊上，所述的滑塊滑動安裝在導軌上，車床通用刀具安裝在所述的滑塊上。所述的端蓋與所述的導桿配合的孔具有導向作用。所述的銷釘采用帶螺紋的銷釘連接所述的導桿與所述的滑塊，以方便拆卸。所述超磁棒采用高性能TbDyFe超磁致伸縮材料，它不僅具有較高的磁致伸縮性能，而且有較大的輸出功率、能量密度高、響應速度快、控制精度高的特點。本發(fā)明的工作過程簡述于下對驅(qū)動器的控制，由PLC、控制電路和電源實現(xiàn)?？刂菩盘柣蛘邤?shù)據(jù)首先由檢測系統(tǒng)獲得傳遞到PLC，經(jīng)PLC運算處理，然后輸出相應的模擬量。PLC輸出的模擬量作為控制電路的輸入，使控制電路輸出相應的電流。驅(qū)動器的線圈在不同電流作用下產(chǎn)生不同強度的激勵磁場，超磁棒在不同磁場強度下產(chǎn)生不同伸長量，超磁棒和回復彈簧使導桿和滑塊產(chǎn)生一定位移，進而使刀具產(chǎn)生相應的補償。上述輸入PLC的控制信號或者誤差數(shù)據(jù)可由多種途徑獲取。批量加工時，可以通過測量工件的加工誤差，然后直接將誤差寫入到PLC程序。也可以通過實時測量影響機床加工精度的關鍵點溫度，作為PLC的控制信號，進行補償。針對不同的類型控制數(shù)據(jù)，需要進行相應的測量和計算，然后編寫相應的PLC程序。綜上所述，本發(fā)明采用超磁致伸縮棒進行驅(qū)動，可以滿足高精度和高頻相應補償?shù)囊蟆１景l(fā)明同時具有較強的擴展性，可是針對不同類型的誤差數(shù)據(jù)進行補償。本結(jié)構具有結(jié)構簡單、使用方便、補償精確，適用于高速高精度切削加工。本發(fā)明具有的有利效益可以使用多種不同檢測方式的數(shù)據(jù)補償，控制方式靈活， 擴展性強。可以加裝在不同的機床上，實現(xiàn)高頻響、高精度誤差補償，提高加工精度。



圖1基于超磁致伸縮誤差補償裝置結(jié)構圖；圖2誤差補償系統(tǒng)工作原理圖；圖3誤差補償裝置安裝圖。
具體實施例方式1)參見圖1，超磁棒8采用高性能TbDyFe超磁致伸縮材料，超磁棒8與線圈9同軸心安裝在外殼10內(nèi)并用端蓋5和螺釘6固定，端蓋5和外殼10均為導磁材料，與超磁棒 8共同構成閉合磁路，導桿4 一端與超磁棒8對接且在導桿4與端蓋5之間設有彈簧7，導桿4的另一端通過帶螺紋的銷釘3連接到滑塊2上，滑塊2滑動安裝在導軌1上，車床通用刀具安裝在滑塊2上，端蓋5與導桿4配合的孔具有導向作用。其工作原理參見圖2，有檢測系統(tǒng)測得加工誤差，將誤差以模擬量的形式反饋到 PLC,經(jīng)PLC運算處理，然后輸出相應的電壓模擬量。PLC輸出的模擬量作為控制電路的輸入，使控制電路輸出相應的電流。驅(qū)動器的線圈9在不同電流作用下產(chǎn)生不同強度的激勵磁場，超磁棒8在不同磁場強度下產(chǎn)生不同伸長量，超磁棒8和彈簧7使導桿4和滑塊2產(chǎn)生一定位移，進而使刀具產(chǎn)生相應的補償。參見圖3，誤差補償裝置裝配在車削中心刀盤上，補償裝置11、刀盤12、換刀電機 13。對于車削中心而言徑向加工誤差主要來源于電主軸沿X方向的熱變形，所以補償裝置安裝在刀盤上，可以補償主軸沿X方向的熱變形。適用于批量生產(chǎn)的熱誤差建模該方法是通過測量已加工零件的誤差，補償?shù)胶?br> 續(xù)的加工過程。隨著機床加工時間的延續(xù)，誤差也在不斷變化。機床的熱誤差變化是連續(xù)
的，通過把熱誤差不斷補償?shù)姆椒梢灾鸩教岣呒庸ぞ?。其中零件的徑向加工可以通過
激光傳感器精確測量，然后把誤差值對應到超磁致驅(qū)動補償裝置的輸入電流，進行誤差補 m
te ο一種可用于實時補償?shù)恼`差建模方法基于RBF(Radial Basis Function)神經(jīng)網(wǎng)絡的熱誤差建模具有很好的擬合性和動態(tài)預測補償能力。目前研究認為，機床熱變形引起的加工誤差與某些關鍵點的溫度變化關系密切。以某型號車削中心為例，通過建模分析知， 冷卻液溫度、床身上部、X軸螺母和主軸箱溫度對加工誤差相關性較大。通過實際測量機床關鍵點不同溫度時的加工誤差，制定溫度與加工誤差的對應關系。在實際補償過程中通過測量關鍵點溫度獲得加工誤差對應值。然后由控制電路給補償裝置輸入相應電流，輸出對應補償量。
權利要求
1.一種基于超磁致伸縮驅(qū)動的高速機床熱誤差補償裝置，其特征是超磁棒(8)與線圈(9)同軸心安裝在外殼(10)內(nèi)并用端蓋(5)和螺釘(6)固定，所述端蓋(5)和所述的外殼(10)均為導磁材料，與所述的超磁棒(8)共同構成閉合磁路，導桿(4) 一端與所述的超磁棒(8)對接且在所述的導桿(4)與所述的端蓋(5)之間設有彈簧(7)，所述的導桿(4)的另一端通過銷釘(3)連接到滑塊(2)上，所述的滑塊(2)滑動安裝在導軌(1)上，車床通用刀具安裝在所述的滑塊(2)上。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于超磁致伸縮驅(qū)動的高速機床熱誤差補償裝置，其特征在于所述的超磁棒(8)采用高性能TbDyFe超磁致伸縮材料。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的基于超磁致伸縮驅(qū)動的高速機床熱誤差補償裝置，其特征在于所述的端蓋(5)與所述的導桿(4)配合的孔具有導向作用。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的基于超磁致伸縮驅(qū)動的高速機床熱誤差補償裝置，其特征在于所述的銷釘(3)采用帶螺紋的銷釘連接所述的導桿(4)與所述的滑塊(2)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于超磁致伸縮驅(qū)動的高速機床熱誤差補償裝置，超磁棒(8)與線圈(9)同軸心安裝在外殼(10)內(nèi)并用端蓋(5)和螺釘(6)固定，所述端蓋(5)和所述的外殼(10)均為導磁材料，與所述的超磁棒(8)共同構成閉合磁路，導桿(4)一端與所述的超磁棒(8)對接且在所述的導桿(4)與所述的端蓋(5)之間設有彈簧(7)，所述的導桿(4)的另一端通過銷釘(3)連接到滑塊(2)上，所述的滑塊(2)滑動安裝在導軌(1)上，車床通用刀具安裝在所述的滑塊(2)上。本裝置具有快速動態(tài)響應特性，并且可采用閉環(huán)反饋環(huán)節(jié)進一步提高加工精度，是一種高精度、高頻響誤差補償?shù)幕诔胖律炜s驅(qū)動的高速機床熱誤差補償裝置。
文檔編號B23Q15/18GK102218679SQ201110128868
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權日2011年5月18日
發(fā)明者何玉輝, 周燦, 張士軍, 鄧圭玲 申請人:中南大學