一種工件切削加工熱誤差測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種工件切削加工熱誤差測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬加工過程中會(huì)產(chǎn)生大量的切削熱，其中一部分切削熱傳入工件，使工件產(chǎn)生 熱膨脹變形。在精密加工領(lǐng)域，工件的熱變形對加工精度影響很大，因而這種由切削熱引起 的工件熱變形在很多情況下無法被忽視。通常采用實(shí)測方法或者以有限元分析為代表的數(shù) 值計(jì)算方法來獲得工件加工熱誤差。實(shí)測方法是獲取熱誤差值最為直接的方法，然而在工 件實(shí)際加工誤差中除了由切削熱引起的熱變形誤差之外，還包括由切削力引起的誤差以及 機(jī)床本身的誤差等，實(shí)測方法很難將熱變形誤差單獨(dú)區(qū)分開來。有限元分析方法是目前最 常用的數(shù)值計(jì)算方法，可以對加工進(jìn)行有效指導(dǎo)，但是由于分析模型是在實(shí)際加工工況的 基礎(chǔ)上做了大量簡化，其準(zhǔn)確性與精度難以保證，另外有限元分析很難做到實(shí)時(shí)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，綜合實(shí)測法和有限元分析方法的 優(yōu)點(diǎn)，提供一種工件切削加工熱誤差測量裝置。使用測溫儀對加工過程中工件溫度場進(jìn)行 實(shí)時(shí)測量，結(jié)合熱誤差計(jì)算模型，計(jì)算出工件加工過程中熱誤差值。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思如下： 一種工件切削加工熱誤差測量裝置，用于測量加工過程中由切削熱引起的工件熱變形 誤差。所述工件切削加工熱誤差測量裝置包括工件表面溫度場實(shí)時(shí)測量模塊，數(shù)據(jù)采集與 處理模塊，熱誤差預(yù)測模型以及熱誤差計(jì)算模塊。所述工件表面溫度場實(shí)時(shí)測量模塊對切 削過程中工件表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊對測量的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí) 時(shí)采集，并經(jīng)過適當(dāng)處理后輸入所述熱誤差計(jì)算模塊。在所述熱誤差計(jì)算模塊中，結(jié)合所述 熱誤差預(yù)測模型，計(jì)算出工件加工過程中熱誤差值。
[0005] 根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案： 一種工件切削加工熱誤差測量裝置，包括工件表面溫度場實(shí)時(shí)測量模塊，數(shù)據(jù)采集與 處理模塊和熱誤差計(jì)算模塊，其特征在于：所述工件表面溫度場實(shí)時(shí)測量模塊的輸出經(jīng)數(shù) 據(jù)采集與處理模塊接入熱誤差計(jì)算模塊；所述工件溫度場實(shí)時(shí)測量模塊對切削過程中工件 表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊對測量的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并經(jīng) 過處理后輸入所述熱誤差計(jì)算模塊，在所述熱誤差計(jì)算模塊中，結(jié)合預(yù)先植入其中的熱誤 差預(yù)測模型，計(jì)算出工件加工過程中熱誤差值。
[0006] 所述工件表面溫度場實(shí)時(shí)測量模塊包含紅外測溫儀，掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)控制模 塊。所述紅外測溫儀安裝于所述掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，所述掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以是直線滑臺(tái)或者 擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。所述運(yùn)動(dòng)控制模塊驅(qū)動(dòng)所述掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所述紅外測溫儀對工 件表面實(shí)行掃描測量溫度數(shù)據(jù)。所述運(yùn)動(dòng)控制模塊控制所述掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，從 而實(shí)現(xiàn)對所述測溫儀測量位置以及掃描速度等實(shí)行精確控制。
[0007] 所述工件表面溫度場實(shí)時(shí)測量模塊可實(shí)現(xiàn)兩種溫度測量方式：1)對于較長工件， 可利用直線滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)快速往復(fù)直線掃描測量；2)對于較短工件或者測量曲面，可利用擺動(dòng) 機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)快速往復(fù)擺動(dòng)掃描測量。
[0008] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著性技術(shù)進(jìn) 步： 在本發(fā)明技術(shù)方案中，由于切削過程中工件溫度場的變化直接導(dǎo)致了工件熱變形，對 工件表面溫度場進(jìn)行測量并將溫度數(shù)據(jù)代入熱誤差計(jì)算模型的方法，可以有效的將熱誤差 與其他形式的誤差區(qū)分開來。同時(shí)，測溫儀對溫度數(shù)據(jù)的掃描測量與采集，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí) 性。所提出的一種工件溫度場測量方法，可以針對不同類型的零件進(jìn)行溫度場的測量，具有 很好的通用性。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明的熱誤差測量裝置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0010] 圖2是工件表面溫度場實(shí)時(shí)測量模塊示意圖。
[0011] 圖3和圖4分別是掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直線滑臺(tái)和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)兩種形式結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖5是測溫儀掃描運(yùn)動(dòng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明：下述實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方 案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不 限于下述的實(shí)施例。
[0014] 實(shí)施例一： 參見圖1~圖4,本工件切削加工熱誤差測量裝置，包括工件表面溫度場實(shí)時(shí)測量模塊 (1) ，數(shù)據(jù)采集與處理模塊（2)和熱誤差計(jì)算模塊（4)，其特征在于：所述工件表面溫度場實(shí) 時(shí)測量模塊（1)的輸出經(jīng)數(shù)據(jù)采集與處理模塊（2)接入熱誤差計(jì)算模塊（4);所述工件溫度 場實(shí)時(shí)測量模塊（1)對切削過程中工件表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊 (2) 對測量的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并經(jīng)過處理后輸入所述熱誤差計(jì)算模塊（4)，在所述 熱誤差計(jì)算模塊（4 )中，結(jié)合預(yù)先植入其中的熱誤差預(yù)測模型，計(jì)算出工件加工過程中熱誤 差值。
[0015] 實(shí)施例二： 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下： 如圖2所示，所述工件溫度場實(shí)時(shí)測量模塊（1)包含紅外測溫儀5,掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)6和 運(yùn)動(dòng)控制模塊7,所述紅外測溫儀5安裝于所述掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)6上，所述掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)6是 直線滑臺(tái)或者擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。所述運(yùn)動(dòng)控制模塊7驅(qū)動(dòng)所述掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)6運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所 述紅外測溫儀5對工件9表面實(shí)行掃描測量溫度數(shù)據(jù)；所述運(yùn)動(dòng)控制模塊7控制所述掃描 執(zhí)行機(jī)構(gòu)6的運(yùn)動(dòng)特性，從而實(shí)現(xiàn)對所述紅外測溫儀5測量位置以及掃描速度實(shí)行精確控 制。
[0016] 所述工件表面溫度場實(shí)時(shí)測量模塊（1)可實(shí)現(xiàn)兩種溫度測量方式：1)對于較長工 件，可利用直線滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)快速往復(fù)直線掃描測量；2)對于較短工件或者測量曲面，可利用擺 動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)快速往復(fù)擺動(dòng)掃描測量。
[0017] 實(shí)施例三： 如圖1所示，本工件切削加工熱誤差補(bǔ)償裝置由工件表面溫度場實(shí)時(shí)測量模塊（1)，數(shù) 據(jù)采集與處理模塊（2)，熱誤差預(yù)測模型（3)，熱誤差計(jì)算模塊（4)。所述工件表面溫度場實(shí) 時(shí)測量模塊（1)對切削過程中工件表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊（2) 對測量的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并經(jīng)過適當(dāng)處理后輸入所述熱誤差計(jì)算模塊（4)。在所述 熱誤差計(jì)算模塊中，將數(shù)據(jù)采集與處理模塊（2)輸入的溫度數(shù)據(jù)代入所述熱誤差預(yù)測模型 (3)，實(shí)時(shí)計(jì)算出工件加工過程中熱誤差值。
[0018] 如圖2所示，工件溫度場實(shí)時(shí)測量模塊示意圖，這里掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)以直線滑臺(tái)為 例，但本發(fā)明中掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)不局限于直線滑臺(tái)。在實(shí)際切削加工過程中，刀具8沿著工件 9作軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。紅外測溫儀5安裝于滑臺(tái)6的滑塊6'上，滑塊6'安裝于滑臺(tái)導(dǎo)軌6" 上并可以沿著導(dǎo)軌作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)紅外測溫儀5對工件進(jìn)行掃面測溫?；_(tái)6由運(yùn) 動(dòng)控制模塊7驅(qū)動(dòng)并控制，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)定的各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
[0019] 如圖3和圖4分別示出所述掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)有直線滑臺(tái)6 (a)與擺動(dòng)機(jī)構(gòu)6 (b)兩 種形式，從而可實(shí)現(xiàn)兩種溫度測量方式：1)對于較長工件，可利用直線滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)快速往復(fù)直 線掃描測量；2)對于較短工件或者測量曲面，可利用擺動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)快速往復(fù)擺動(dòng)掃描測量。
[0020] 所述滑臺(tái)可以是數(shù)控滑臺(tái)，或者其他形式滑臺(tái)。
[0021] 所述紅外測溫儀5可以采用紅外點(diǎn)溫儀，也可以采用紅外熱像儀。根據(jù)掃描長度， 測溫儀溫度數(shù)據(jù)采樣頻率，以及刀具進(jìn)給速率來確定紅外測溫儀的掃描運(yùn)動(dòng)特性。如圖5 所示為間歇往復(fù)式式掃描，其橫軸是工件測溫長度，縱軸是時(shí)間軸，t n表示第η個(gè)掃描周 期，一個(gè)掃描周期中包含掃描時(shí)間與停止時(shí)間。當(dāng)掃描時(shí)間足夠短時(shí)，可近似認(rèn)為掃描結(jié)果 為某一時(shí)刻工件溫度場。
[0022] 所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊（2)對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理，根據(jù)選取的工件表面 測溫點(diǎn)數(shù)量與位置，以及熱誤差預(yù)測模型結(jié)構(gòu)形式，生成如下溫度向量： = A Tj 其中，表示紅外測溫儀第i次掃描測量工件溫度場時(shí)，第η個(gè)測溫點(diǎn)溫度值。
[0023] 所述熱誤差預(yù)測模型（3)，可以通過試驗(yàn)或者CAE分析得到，其形式特征如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種工件切削加工熱誤差測量裝置，包括工件表面溫度場實(shí)時(shí)測量模塊（1)，數(shù)據(jù) 采集與處理模塊（2)和熱誤差計(jì)算模塊（4)，其特征在于：所述工件表面溫度場實(shí)時(shí)測量模 塊（1)的輸出經(jīng)數(shù)據(jù)采集與處理模塊（2)接入熱誤差計(jì)算模塊（4);所述工件溫度場實(shí)時(shí) 測量模塊（1)對切削過程中工件表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊（2)對 測量的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并經(jīng)過處理后輸入所述熱誤差計(jì)算模塊（4)，在所述熱誤差 計(jì)算模塊（4)中，結(jié)合預(yù)先植入其中的熱誤差預(yù)測模型（3)，計(jì)算出工件加工過程中熱誤差 值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工件切削加工熱誤差測量裝置，其特征在于，所述工件溫度 場實(shí)時(shí)測量模塊（1)包含紅外測溫儀（5)，掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)（6)和運(yùn)動(dòng)控制模塊（7)，所述紅外 測溫儀（5)安裝于所述掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)（6)上，所述掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)（6)是直線滑臺(tái)或者擺動(dòng)機(jī) 構(gòu)，所述運(yùn)動(dòng)控制模塊（7)驅(qū)動(dòng)所述掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)（6)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所述紅外測溫儀（5) 對工件（9)表面實(shí)行掃描測量溫度數(shù)據(jù)；所述運(yùn)動(dòng)控制模塊（7)控制所述掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)（6) 的運(yùn)動(dòng)特性，從而實(shí)現(xiàn)對所述紅外測溫儀（5)測量位置以及掃描速度實(shí)行精確控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的工件切削加工熱誤差測量裝置，其特征在于，所述工件表面 溫度場實(shí)時(shí)測量模塊（1)可實(shí)現(xiàn)兩種溫度測量方式：1)對于較長工件，可利用直線滑臺(tái)實(shí) 現(xiàn)快速往復(fù)直線掃描測量；2)對于較短工件或者測量曲面，可利用擺動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)快速往復(fù) 擺動(dòng)掃描測量。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種工件切削加工熱誤差測量裝置。它包括工件表面溫度場實(shí)時(shí)測量模塊，數(shù)據(jù)采集與處理模塊和熱誤差計(jì)算模塊，所述工件表面溫度場實(shí)時(shí)測量模塊的輸出經(jīng)數(shù)據(jù)采集與處理模塊接入熱誤差計(jì)算模塊；所述工件溫度場實(shí)時(shí)測量模塊對切削過程中工件表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊對測量的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并經(jīng)過處理后輸入所述熱誤差計(jì)算模塊，在所述熱誤差計(jì)算模塊中，結(jié)合預(yù)先植入其中的熱誤差預(yù)測模型，計(jì)算出工件加工過程中熱誤差值。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)工件切削加工熱誤差在線測量，可用于工件表面誤差監(jiān)控以及實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償?shù)确矫妗?br>【IPC分類】G01J5-00
【公開號(hào)】CN104764527
【申請?zhí)枴緾N201510145703
【發(fā)明人】李寶福, 羅崢嶸, 黃宏中
【申請人】上海大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月31日