机床加工主轴运转热膨胀误差检测器制造技术

本实用新型专利技术一种机床加工主轴运转热膨胀误差检测器，包括传感器位置调整子系统、供电子系统和热膨胀检测子系统以及控制子系统，其中控制子系统与上位机进行双向通讯连接，控制子系统输出控制信号至传感器位置调整子系统；传感器位置调整子系统接收控制子系统的控制信号对传感器位置进行定位调整处理；热膨胀检测子系统对机床刀具和主轴传动系统进行膨胀量的检测和记录；电源子系统为其它子系统提供纯净电源。本实用新型专利技术设计了检测精度高、具有自动记录功能的刀具热膨胀检测系统，是高速数控磨床刀柄热膨胀误差动态精密检测的关键技术，为高精密机械零件加工提供误差修正技术保证。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种机床检测技术，具体地说是一种机床加工主轴运转热膨胀误差检测器。
技术介绍
数控机床是现代工业生产的必须设备之一，其加工精度对产品质量提高具有深远意义。现在我国的很多机械产品的质量和档次不高，就是由于加工精度不够，对国防和工业生产产生了显著影响。同时，产品的成品率较低，大大降低了企业的经济效益。刀具和转动轴在高速旋转中，产生发热效应，使得刀具和转动轴膨胀，从而降低了产品加工精度，因此热膨胀补偿成为一个重要研究课题，补偿的前期工作是对热膨胀检测的研究，从而形成热膨胀的规律，进而对热膨胀进行补偿，提高加工精度。国内的对热膨胀的检测，通常基于机械和普通检测装置的结合，比如线纹尺-显微镜法、接触式光纤检测方法。特点是检测精度较低，价格低，没有自动记录功能，需要人工记录。国外的热膨胀的检测通常建立在复杂的机械、电子装置上，比如激光双频干涉仪。一般检测精度较高，但是价格不菲，但是很多检测装置上，没有自动记录功能，同样需要繁琐的人工记录。
技术实现思路
针对现有技术中机床加工主轴运转热膨胀误差的检测存在检测精度较低、没有自动记录功能等不足，本技术要解决的问题是提供一种检测精度高、具有自动记录功能的机床加工主轴运转热膨胀误差检测器。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：本技术一种机床加工主轴运转热膨胀误差检测器，包括传感器位置调整子系统、供电子系统和热膨胀检测子系统以及控制子系统，其中控制子系统与上位机进行双向通讯连接，控制子系统输出控制信号至传感器位置调整子系统；传感器位置调整子系统接收控制子系统的控制信号对传感器位置进行定位调整处理；热膨胀检测子系统对机床刀具和主轴传动系统进行膨胀量的检测和记录；电源子系统为其它子系统提供纯净电源。传感器位置调整子系统包括驱动器以及步进电机，其中驱动器接收单片机输出的脉冲信号，驱动器输出控制信号至步进电机。热膨胀检测子系统具有传感器和信号精密调理电路，其中，传感器采集刀具和传动系统的磨床刀柄因热膨胀而产生的位置误差信号送至信号精密调理电路；信号精密调理电路将处理后的数据送至控制子系统。供电子系统具有高精度稳压电源和开关电源的分别供电方式，其中高精度稳压电源分三路分别连接至热膨胀检测子系统的传感器和信号精密调整电路的工作电源端以及传感器位置调整子系统的驱动器工作电源端；开关电源接至控制子系统的工作电源端。信号精密调理电路将传感器传递的信号截取一段有效信号，输出模拟信号至控制子系统进行数据处理。控制子系统与上位机通过基于USB的虚拟串口进行双向通讯连接。控制子系统具有单片机，集成AD转换器、电压基准以及串行口外围设备，嵌入基于Keil C的软件系统。所述上位机具有EXCEL接口形式。本技术具有以下有益效果及优点：1.本技术设计了检测精度高、具有自动记录功能的刀具热膨胀检测系统，是高速数控磨床刀柄热膨胀误差动态精密检测的关键技术，目前属于领先水平。2.本技术在机床高精度加工机械零件过程中，实时检测由工作温度变化引起的主轴纵向膨胀位移数据而设计，测量热膨胀范围0～0.55毫米，精度为1‰微米(纳米级别)，为高精密机械零件加工提供误差修正技术保证。3.本技术系统工作稳定、可靠，精度高，通用性好，实用性强；电脑USB连接，窗口介面，操作简单、灵活，配有显示操作、通信、控制、保护等多种功能；更可方便移植到其他位移检测系统中。附图说明图1为本技术机床加工主轴运转热膨胀误差检测器电气结构框图；图2为本技术中传感器位置调整子系统电路原理图；图3为本技术中电涡流和信号精密调理电路原理图；图4为本技术中单片机子系统接线图；图5为本技术应用的操作界面图示。具体实施方式下面结合说明书附图对本技术作进一步阐述。如图1所示，本技术一种机床加工主轴运转热膨胀误差检测器，包括传感器位置调整子系统、热膨胀检测子系统、控制子系统以及供电子系统，其中控制子系统与上位机进行双向通讯连接，控制子系统输出控制信号至传感器位置调整子系统；传感器位置调整子系统根据控制子系统的控制信号对传感器位置进行定位调整处理；热膨胀检测子系统对机床刀具和主轴传动系统进行膨胀量的检测和记录；电源子系统为其它子系统提供纯净电源。如图2所示，传感器位置调整子系统包括驱动器以及步进电机，其中驱动器接收单片机输出的脉冲信号，驱动器输出控制信号至步进电机。操作者通过上位机发出位置调整命令，该命令分为粗调节和微调节组成。粗调节每次前进/后退1mm，微调节每次前进/后退15um。本技术需要对电涡流传感器和刀具之间的距离进行检测，属于微小位移的检测，在热膨胀量的测量中选用电涡流位移传感器探头，在开始时需要将电涡流传感器与刀具之间的距离调整到最佳状态。上位机通过虚拟串口将命令传递给单片机，单片机发出相应的脉冲，送到步进电机驱动器，传递的信号包括脉冲信号和方向信号；步进电机驱动器将低电平脉冲转变为24V的脉冲，驱动步进电机前进或者后退，调整步进电机和电涡流传感器的距离，从而达到最佳间距。如图3所示，热膨胀检测子系统具有传感器和信号精密调理电路，其中，传感器采集刀具和传动系统的磨床刀柄因热膨胀而产生的位置误差信号送至信号精密调理电路；信号精密调理电路将处理后的数据送至控制子系统。调整子系统将传感器调整于距离刀具最佳位置后，向外传递传感器与刀具的距离信息，这个信号在满量程的范围内，为DC0-10V。信号精密调理电路将传递的信号截取一段有效信号，一方面与后续AD信号的满量程相匹配，一方面又提高了测量精度。如图1所示，供电子系统具有高精度稳压电源和开关电源的分别供电方式，其中高精度稳压电源分三路分别连接至热膨胀检测子系统的传感器和信号精密调整电路的工作电源端以及传感器位置调整子系统的驱动器工作电源端；开关电源接至控制子系统的工作电源端。本技术为提高稳定性和高精度检测，采用了高精度稳压电源和开关电源的分别供电方式。将电涡流传感器和信号精密调整电路采用高精度稳压电源供电，保证电源的清洁性，保证了系统的检测精度。整个电源供电系统由两个DC24V，一个DC12V组成。如图4所示，对于单片机系统，因为对该系统对输入电源进行线性变换，因此对输入要求不高，采用了开关电源模块供电模式。信号精密调理电路将传感器传递的信号截取一段有效信号，输出模拟信号至控制子系统进行数据处理。本技术中传感器采用电涡流传感器，实现非接触、高线性度、高分辨力地测量被测磨床刀柄因热膨胀而产生的位置误差，分辨率可达0.25μ。由于电涡流传感器输出标准信号0-10V，A/D转换器的输入电压为是0-2.5V，为了不降低传感器的分辨率，设计了电平截取电路(即信号精密调理电路)，在确定零点后截取0-2.5V送至24位Δ-ΣA/D。信号精密调理电路是采用电平转换电路实现了电平截取，使控制精度提高了4倍。本技术采用24位Δ-Σ型A/D，有效位(ENOB)达到20位，免噪音位达到17位，分辨率达到12万以上，可以分辨的微小位移为0.008um，大大提高了系统的检测精度和检测的可靠性。24位AD具有十万以上分辨率的检测精度，与单片机结合，能够检测
1/100um的微小距离。如图5所示，单片机C8051F本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机床加工主轴运转热膨胀误差检测器，其特征在于：包括传感器位置调整子系统、供电子系统和热膨胀检测子系统、控制子系统以及上位机，其中控制子系统与上位机进行双向通讯连接，控制子系统输出控制信号至传感器位置调整子系统；传感器位置调整子系统接收控制子系统的控制信号对传感器位置进行定位调整处理；热膨胀检测子系统对机床刀具和主轴传动系统进行膨胀量的检测和记录；电源子系统为其它子系统提供纯净电源。

【技术特征摘要】
1.一种机床加工主轴运转热膨胀误差检测器，其特征在于：包括传感器位置调整子系统、供电子系统和热膨胀检测子系统、控制子系统以及上位机，其中控制子系统与上位机进行双向通讯连接，控制子系统输出控制信号至传感器位置调整子系统；传感器位置调整子系统接收控制子系统的控制信号对传感器位置进行定位调整处理；热膨胀检测子系统对机床刀具和主轴传动系统进行膨胀量的检测和记录；电源子系统为其它子系统提供纯净电源。2.按权利要求1所述的机床加工主轴运转热膨胀误差检测器，其特征在于：传感器位置调整子系统包括驱动器以及步进电机，其中驱动器接收单片机输出的脉冲信号，驱动器输出控制信号至步进电机。3.按权利要求1所述的机床加工主轴运转热膨胀误差检测器，其特征在于：热膨胀检测子系统具有传感器和信号精密调理电路，其中，传感器采集刀具和传动系统的磨床刀柄因热膨胀而产生的位置误差信号送至信号精密调理电路；信号精密调理电路将处理后的数据送至控制子系统。4.按权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘松，孙禾，
申请(专利权)人：辽宁科技学院，
类型：新型
国别省市：辽宁;21