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        車(chē)床的熱誤差產(chǎn)生及補(bǔ)償方法

        2014-06-26 21:50:12曹振波潘明臣王玉晶
        新媒體研究 2014年10期
        關(guān)鍵詞:數(shù)控機(jī)床

        曹振波+潘明臣+王玉晶

        摘 要 機(jī)床在運(yùn)作的過(guò)程中所產(chǎn)生的熱誤差是對(duì)加工精度造成影響的重要原因之一。因此,在車(chē)床的運(yùn)作過(guò)程中,對(duì)其熱誤差進(jìn)行科學(xué)分析,并應(yīng)用相應(yīng)的方法和技術(shù)來(lái)進(jìn)行熱誤差補(bǔ)償,從而實(shí)現(xiàn)最大限度的降低熱誤差,促進(jìn)機(jī)床加工精度的提高。

        關(guān)鍵詞 數(shù)控機(jī)床;熱誤差補(bǔ)償;補(bǔ)償方法

        中圖分類號(hào):TG519.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-7597(2014)10-0140-01

        在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)下,機(jī)械制造技術(shù)也進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段,制造技術(shù)朝著高質(zhì)量、高效率、高智能方向不斷發(fā)展[1]。在現(xiàn)代機(jī)械制造中,各種精密及超精密加工技術(shù)已經(jīng)成為其主要發(fā)展趨勢(shì)和重要組成部分,且已經(jīng)成為機(jī)械制造也提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著現(xiàn)代機(jī)械制造發(fā)展進(jìn)程的加快,車(chē)床熱誤差補(bǔ)償方法及技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛和嫻熟。本文就車(chē)床熱誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析,旨在探討相應(yīng)的熱誤差補(bǔ)償方法及技術(shù),提高車(chē)床加工精度。

        1 機(jī)床在運(yùn)作過(guò)程中產(chǎn)生熱誤差的主要影響因素

        數(shù)控機(jī)床在運(yùn)作的工程中產(chǎn)生熱誤差的情況具有較大的復(fù)雜性,其具有非線性、長(zhǎng)時(shí)滯、多變量等諸多熱點(diǎn)。因此,熱誤差產(chǎn)生的影響因素也同樣具有復(fù)雜性和多樣性。具體因素主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①熱源產(chǎn)生的影響。在數(shù)控機(jī)床的運(yùn)作過(guò)程中,熱源主要來(lái)源于內(nèi)部和外部。影響機(jī)床熱誤差的熱源就主要為內(nèi)部和外部熱源,該種兩中熱源的共同作用可導(dǎo)致機(jī)床在運(yùn)作過(guò)程中產(chǎn)生不同程度的熱誤差,進(jìn)而影響到加工精度。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn),該兩種熱源對(duì)機(jī)床熱誤差產(chǎn)生的影響也各不相同,內(nèi)部熱源的影響程度比外部熱能要大。內(nèi)部熱源主要存在于機(jī)床運(yùn)作的各個(gè)過(guò)程和發(fā)熱部件。運(yùn)作過(guò)程切削加工、摩擦運(yùn)動(dòng)等,發(fā)熱部件主要包括潤(rùn)滑油、電動(dòng)機(jī)等;②機(jī)床構(gòu)造的影響。機(jī)床的熱剛度、熱容量等均受其具體構(gòu)造的影響。不同構(gòu)造的機(jī)床均有不同的散熱性能,從而對(duì)熱誤差的藕合及時(shí)滯產(chǎn)生不同的影響,大大增加了熱誤差的多變性和復(fù)雜性;③機(jī)床部件及連接件的影響。數(shù)控機(jī)床中存在各式各樣的多種部件,而各種部件又均由不同的材料組成,且具有其各自的形狀和結(jié)構(gòu),因此,各個(gè)部件也具有其各自的熱慣性和熱容量。同時(shí)在各部件的連接件中又存在相應(yīng)的結(jié)合面,這些結(jié)合面均存在一定的熱阻作用。這些熱阻作用的存在導(dǎo)致機(jī)床在運(yùn)作過(guò)程中產(chǎn)生熱誤差。

        2 降低熱誤差方法分析

        在實(shí)際操作中應(yīng)用較為普遍的降低機(jī)床熱誤差方法主要誤差避免法、誤差補(bǔ)償法兩種。

        1)誤差避免法。誤差避免法又可稱為誤差防止技術(shù),具體指的是通過(guò)應(yīng)用相關(guān)技術(shù)對(duì)熱源進(jìn)行控制,對(duì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理地調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床熱誤差進(jìn)行控制[2]。該種方法為實(shí)際操作中應(yīng)用較為廣泛的一種降低機(jī)床熱誤差的硬技術(shù)。其通常采用如下措施來(lái)完成對(duì)機(jī)床熱誤差的控制。①通過(guò)對(duì)機(jī)床運(yùn)作過(guò)程中所產(chǎn)生的熱源進(jìn)行具體、全面地分析,采取相應(yīng)的措施對(duì)逐一對(duì)影響機(jī)床熱誤差的相關(guān)發(fā)熱量及熱源進(jìn)行控制;②在數(shù)控機(jī)床的運(yùn)作過(guò)程中適當(dāng)?shù)貙⒗鋮s系統(tǒng)功率增加到一定程度,并采取相應(yīng)措施作用機(jī)床潤(rùn)滑工作,保證機(jī)床在運(yùn)作過(guò)程中具有良好的潤(rùn)滑性,最大限度地將摩擦降低;③在機(jī)床的設(shè)計(jì)及應(yīng)用過(guò)程中,對(duì)相關(guān)熱源進(jìn)行充分考慮和分析,不斷改進(jìn)和優(yōu)化機(jī)床結(jié)構(gòu);④在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,進(jìn)行輔助熱源設(shè)置以均衡機(jī)床溫度場(chǎng);⑤將車(chē)間溫度控制在合理的范圍內(nèi),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床運(yùn)作環(huán)境溫度進(jìn)行有效控制。誤差避免法可有效降低機(jī)床的熱誤差,促進(jìn)機(jī)床加工精度的提高,但該種方法也存在一定缺陷。其具體缺陷主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn):①該種方法在某種情況下的應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加;②當(dāng)工件的加工精度已經(jīng)達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后,應(yīng)用誤差避免法來(lái)實(shí)現(xiàn)精度的提高具有較大的難度,可行性不高,同時(shí)也會(huì)造成生產(chǎn)成本提高,不利于企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

        2)誤差補(bǔ)償法。誤差補(bǔ)償法又可稱為誤差補(bǔ)償技術(shù),其是數(shù)控機(jī)床運(yùn)作過(guò)程中應(yīng)用較為普遍的一種軟技術(shù),主要是通過(guò)對(duì)影響加工精度的各種誤差來(lái)源進(jìn)行全面分析,然后根據(jù)分析結(jié)果建立相應(yīng)熱誤差數(shù)學(xué)模型,通過(guò)誤差數(shù)學(xué)模型計(jì)算出具體的熱誤差預(yù)測(cè)值。然后再根據(jù)相關(guān)數(shù)值對(duì)數(shù)控機(jī)床的相應(yīng)運(yùn)作系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化,通過(guò)人為方式將新型誤差制造出來(lái),應(yīng)用該種誤差來(lái)抵消存在于機(jī)床中的原始熱誤差。該種方法在應(yīng)用過(guò)程中未涉及硬件改造即可提高工件的精度。誤差補(bǔ)償技術(shù)在各種新型機(jī)床中均具有較大實(shí)用性,且可有效提高機(jī)床運(yùn)作的技術(shù)含量,其尤其適用于技術(shù)要求高的精細(xì)化機(jī)床,有效提高機(jī)床的精密的使用功能,提高工件加工效率和質(zhì)量。資金投入少,提高加工精度效果好是誤差補(bǔ)償技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的最主要特點(diǎn)。誤差補(bǔ)償法的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①該種方法是通過(guò)人為地制造出現(xiàn)相應(yīng)的誤差將機(jī)床運(yùn)作中原本存在的誤差進(jìn)行抵消,成本應(yīng)用少,且可有效提高機(jī)床加工精度;②在工件加工已經(jīng)達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的情況下應(yīng)用熱誤差補(bǔ)償技術(shù),可有效將制造成本降低,提高經(jīng)濟(jì)效益。

        3 熱誤差補(bǔ)償相關(guān)技術(shù)分析

        通常情況下,熱變形誤差補(bǔ)償技術(shù)主要應(yīng)用于工件加過(guò)完成后的補(bǔ)償,主要應(yīng)用相應(yīng)的檢測(cè)方式對(duì)機(jī)床運(yùn)作過(guò)程中產(chǎn)生的熱誤差進(jìn)行間接或直接的測(cè)量。然后根據(jù)相應(yīng)的誤差補(bǔ)償模型對(duì)誤差補(bǔ)償進(jìn)行計(jì)算,并及時(shí)向數(shù)控系統(tǒng)反饋計(jì)算結(jié)果,使控制器能夠及時(shí)作出相應(yīng)的指令來(lái)完成熱誤差補(bǔ)償。

        在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,每個(gè)熱誤差補(bǔ)償方法均需要應(yīng)用相應(yīng)的機(jī)床熱誤差數(shù)學(xué)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床熱變形誤差進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的主軸運(yùn)動(dòng)作出相應(yīng)的修改,促進(jìn)工件加工精度的有效提高[3]。應(yīng)用熱誤差補(bǔ)償相關(guān)技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)對(duì)有熱變形誤差數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用,進(jìn)行高精度產(chǎn)品加工,有效減低了生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)質(zhì)量。目前,機(jī)床熱誤差補(bǔ)償技術(shù)和方法的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,其研究的程度也在不斷加深,因此,該種技術(shù)及方法將會(huì)得到不斷的改進(jìn)和完善,其發(fā)揮的作用將越來(lái)越大,

        4 結(jié)束語(yǔ)

        隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的飛速發(fā)展,制造業(yè)的發(fā)展規(guī)模不斷擴(kuò)大,發(fā)展速度不斷加快,對(duì)工件加工精度的要求也日益提高。因此,在機(jī)床加工過(guò)程中需不斷研發(fā)和提高機(jī)床熱誤差補(bǔ)償技術(shù),最大限度地對(duì)機(jī)床熱誤差進(jìn)行控制,提高機(jī)床加工質(zhì)量,提高制造業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,增加我國(guó)制造業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

        參考文獻(xiàn)

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        [2]傅建中,陳子辰.精密機(jī)械熱動(dòng)態(tài)誤差模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模研究 [J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2013,9(1):34-35.

        [3]李書(shū)和,楊世明,張奕群,等.機(jī)床熱變形誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償技術(shù)[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào),2012,7(3):42-43.endprint

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