用于检测机床的主轴的热变形的设备 【技术领域】
本发明的目的是一种用于检测机床的主轴的变形的设备。
背景技术
在机床领域，尤其是在大型机床领域，用户强烈地感觉到需要以越来越小的加工公差来制造机械零件。这种需要影响到这种机器的制造商，从而进行大量的研发工作以提供性能越来越好的机器。
机械零件所能获得的加工公差范围在很大程度上受到机器支承零件所经受的热变形和机械变形的影响，所述机器支承零件将加工工具支承于空间中的理想位置。
通常，机器包括主导轨和移动组(mobile group)，所述移动组包括在该导轨上滑动的活动支座、横向于所述活动支座滑动的主轴托架、平行于所述主轴托架滑动并适于绕其旋转轴线旋转的主轴、以及能够连接至加工工具且设置于所述主轴的前端处的工具保持架。
尽管主导轨，尤其是大型机器的主导轨，具有迄今为止被认为是可靠的用于补偿变形的系统，但是目前的移动组不具有同样如此有效的用于补偿属于这种区域的特征的热性变形的系统。
存在有若干种用于检测机床的支承零件所经受的变形的设备方案。
【发明内容】
本发明的目的是改进当前已知的设备，使得它们能够以更大的可靠性来检测所发生的热变形。
该目的通过根据权利要求1而获得的检测设备来实现。从属权利要求描述了实施方式的变型。
【附图说明】
从以下参照附图通过指导性而非限制性示例所进行的描述中，根据本发明的检测设备的特点和优点将显得更加清楚，其中：
图1示出了主轴和主轴托架处于缩回位置时的、包括有根据本发明的检测设备的机床的示意图；
图2示出了主轴处于伸出位置时的图1中的机器的图示；并且
图3示出了包括有根据本发明的检测设备的、根据实施方式的变型的机床的图示。
【具体实施方式】
参照附图，附图标记1总体表示机床。
根据优选实施方式，机器1包括沿着主纵向方向延伸的固定导轨2，所述主纵向方向比如是竖直方向，即垂直于机器搁置于其上的地面的方向。
此外，机器1包括与导轨2相关联的移动组。移动组能够至少沿着导轨2的所述纵向方向移动，并且包括操作性地连接至所述导轨以沿着所述纵向方向移位地活动支座4和由活动支座4支承并随其一体移位的主轴托架-主轴单元。
与活动支座4相关联的主轴托架-主轴单元包括主轴托架6，俗称“滑枕”，和主轴8。
主轴托架6由活动支座4支承且操作性地连接到其上，以便相对于所述活动支座沿着轴向方向移位，所述轴向方向垂直于活动支座4能够相对于导轨2移位的纵向方向。
具体而言，主轴托架6适于在缩回位置与伸出位置之间移位，所述伸出位置适于对机械零件执行加工，其中，与缩回位置相比，主轴托架6在前部处从活动支座4突出更多。
主轴托架6具有通过主轴托架开口而开口于前部处的内部空间。
此外，主轴托架-主轴单元包括主轴8，所述主轴8至少部分地安置在主轴托架空间中。
主轴8由主轴托架6支承以便绕着其旋转轴线旋转，同时以便沿着所述轴向方向相对于主轴托架6移位。
具体而言，主轴8适于在缩回位置与伸出位置之间移位，所述伸出位置适于对机械零件执行加工，其中，所述主轴8通过主轴托架开口在前部处从主轴托架6突出得比处于所述缩回位置时要多。
主轴8包括随主轴一体移位的信号元件10，所述信号元件10设置在所述主轴的前端的附近。
换句话说，信号元件根据表征所述信号元件的最小结构尺寸而设置为靠近工具保持架，所述工具保持架通常连接至主轴的前端。
例如，所述信号元件10由主轴内的孔或槽或者从主轴突出的障碍壁形成。
此外，主轴托架-主轴单元包括主轴托架罩盖12，俗称“遮盖板”，其能够在前部处与主轴托架6相关联以至少部分地遮盖所述主轴托架开口，从而使得主轴8在任何情况下都能够移位。
主轴托架罩盖12能够可拆卸地与主轴托架6相关联。
具体而言，当需要使用主轴8来执行机械加工时，将罩盖12与主轴托架相关联，特别地，用于保护机器附件的对接系统(比如四方头、万能工作头等)。另一方面，当不使用主轴时，将罩盖12拆离主轴托架6，并且将加工附件，比如铣头，与其前部相关联。
主轴托架-主轴单元包括检测装置，所述检测装置附接于主轴托架罩盖12，适于检测主轴的信号元件10的位置，以在所述缩回位置检测所述主轴的热变形。
比如，检测装置包括激光设备，所述激光设备适于发射激光束以检测信号元件10的位置。
根据实施方式的变型，检测装置包括适于在受到信号元件10的影响时打开或关闭的开关。
根据实施方式的另一种变型，所述检测装置包括用于检测信号元件的位置的接近度测量计(proximeter)。
在以下的描述中，机器的两种典型状态一般指的是：“冷”状态，在大致较长的停机时期之后机器的特征为该“冷”状态，并且在该“冷”状态中，机器基本上呈现出与设计尺寸相同的尺寸；以及“热状态”，在暖机循环之后或者在执行加工之后机器的特征为该“热状态”，所述暖机循环通常在停机时期之后且在加工之前进行，在该“热状态”中，与设计尺寸相比机器呈现出变形的尺寸，特别地，是由于发生了热变形。
此外，应当指出，主轴缩回位置是通过所述检测装置来确定的。
换句话说，当所述检测装置检测到与主轴成一体的信号元件10的出现时，主轴在所述信号发送之时所具有的位置被定义为主轴缩回位置。
再换句话说，当热主轴移至缩回位置时，检测装置检测到主轴的信号元件10的位置，所述信号元件10优选地设置在所述主轴的前端的附近。
所述罩盖12和所述检测装置与设置在主轴上的信号元件一同构成了用于检测主轴的热变形并据此而对其进行补偿的设备。
根据优选实施方式，所述移动组包括用于检测罩盖12的变形的装置，从而适于检测罩盖12所任意经受的热变形。
比如，用于检测罩盖的变形的所述装置包括由基本上热不变形的材料，比如因瓦合金制成的罩盖杆或者热探针。
此外，主轴托架-主轴单元包括第一测量装置，所述第一测量装置适于在位于主轴托架6上的固定基准位置14与移动基准16之间测量主轴8的轴向进给，所述移动基准相对于主轴托架6移动并与主轴8一体移位。
根据优选实施方式，所述测量装置包括：
-第一光学标尺18，所述第一光学标尺18随主轴托架6一体移位且在主轴标尺位置固定至所述主轴托架，所述主轴标尺位置构成了主轴托架上的所述固定基准位置14，以及
-第一标尺传感器20，所述第一标尺传感器20与主轴8一体旋转，并且适于与所述第一光学标尺18配合，以检测主轴的轴向进给。
在机器1的标准操作中，在主轴8正移位的同时，通过光学标尺18检测第一标尺传感器20所处的位置，由此提供主轴相对于主轴托架的轴向进给的测量。反馈控制使得能够根据需要对主轴进行轴向定位。
移动组包括第二测量装置，所述第二测量装置适于测量主轴托架6相对于活动支座4的轴向进给。
根据优选实施方式，所述第二测量装置包括：
-第二光学标尺22，所述第二光学标尺22与活动支座4一体移位且在主轴托架标尺位置24处固定至所述活动支座，以及
-第二标尺传感器26，所述第二标尺传感器26与主轴托架6一体旋转，并且适于与所述第二光学标尺22配合，以检测主轴托架相对于活动支座的轴向进给。反馈控制使得能够根据需要对主轴托架进行轴向定位。
在机器1的标准操作中，在主轴托架6正移位的同时，通过光学标尺22检测第二标尺传感器26所处的位置，由此提供主轴托架6相对于活动支座4的轴向进给的测量。
主轴托架缩回位置通过所述第二测量装置来确定。当主轴托架完全缩回时，标尺指示出最大主轴托架行程；当主轴托架完全前进时，标尺指示出“零”并且这也对应于标尺零位。此外，移动组包括适于检测主轴托架6的热变形的第二检测装置。
根据优选实施方式，所述第二检测装置包括由基本上热不变形的材料制成的杆28。
术语“基本上热不变形”的材料表示热膨胀系数比主轴托架的制造材料的热膨胀系数低得多的材料，比如低于后者的十分之一。例如，杆28由因瓦合金制成。
杆28大体上在后端与前端之间沿轴向方向延伸，所述前端在主轴托架前端附近固定至主轴托架。
当冷却时，杆28的后端与用于测量主轴托架进给的装置的第二标尺传感器26的位置对齐。
此外，所述第二检测装置包括杆传感器30，所述杆传感器30与主轴托架6成一体且适于检测杆28的后端的轴向距离。
在标准操作中，在加工步骤期间，第二检测装置连续检测杆28的后端与杆传感器30之间的热距离。基于这种检测，主轴托架所经受的热变形得以确定，由此能够对其进行补偿。
在实施方式中，第二标尺传感器26的固定位置与主轴标尺位置14重合。
另一方面，在优选实施方式中，第二标尺传感器26的固定位置与所述主轴标尺位置14沿轴向间隔开。
在该优选的但非排他的实施方式中，有利地，移动组包括适于检测主轴托架在第二标尺传感器26的固定位置与主轴标尺位置14之间的热变形的另外检测装置(图3)。
所述另外检测装置是分开的，且独立于所述第二检测装置。
所述另外检测装置包括由基本上热不变形的材料比如因瓦合金制成的另一杆32。
所述另外检测装置进一步包括杆传感器34，所述杆传感器34与主轴托架6成一体，并且适于检测另一杆32的所述后端的轴向距离。
当冷却时，另一杆32的后端与主轴标尺位置14对齐。另一方面，当变热时，主轴托架6已经受热变形，并且另一杆32的后端离主轴标尺位置14一定的轴向距离。
在通常的加工步骤期间：
-第二检测装置检测第二标尺传感器26的固定位置和第一杆28的后端；
-而另外检测装置则检测另一杆32的后端与主轴标尺位置14之间的距离，从而使得能够对移动组中发生的变形进行精确地整体检测。
创新地，上述的检测设备使得能够以非常有效的方式对主轴所经受的热变形进行检测，因为信号元件设置在非常靠近主轴前端的位置，所述位置靠近工具保持架的连接部。
此外，有利地，第一检测装置安置于罩盖中，因而保持免受碎屑、污垢、冷却剂和在执行加工期间产生的其它污染物的影响。
根据进一步的有利方面，当不使用主轴并且将主轴托架与加工附件相关联时，将第一检测装置拆离工作区域，从而保持受到保护。
根据更进一步的有利方面，第一检测装置随主轴托架一体移位，使得能够对主轴变形进行检测而不必回缩主轴托架，因而减少了某些加工的时间并增加了测量的可靠性，从而实际上未改变主轴托架所处的位置。
显然，本领域普通技术人员能够对上述的检测设备进行修改和变更，所有这些修改和变更均落入在以下的权利要求书中限定的保护范围内。