摘 要:由于機床的加工精度提高,以確保主軸的熱穩(wěn)定狀態(tài)等的加工支援系統(tǒng)的構筑作為目的,對主軸溫度和主軸位移的測量手法進行了研究。為了測量主軸旋轉過程中的主軸位移量,研究了非接觸式工具尖端位置測量裝置應用程序。其結果可以確定的是,可以通過運行的主軸位移量來進行測量。另外,對捕獲主軸溫度的變化、通過對放射溫度計的適用進行了討論。根據(jù)兩種方法的勞動組合,運行狀態(tài)的加工中心進行測量到的地方,主軸位移量,放射溫度計的主軸端溫度與放射溫度計線性相關,因此,它已被證明是由主軸端溫度測量主軸的位移量。
關鍵詞:溫度監(jiān)控系統(tǒng);機床加工;精度
1 概述
在近些年來,機械零件的微精度,對于加工現(xiàn)場提出更高精度化的強烈要求,采用高精度定位的數(shù)控機床。特別是,用直徑1mm以下的立銑刀、鉆頭等加工時,維持理想性的切削速度,為了維持主軸轉速rpm數(shù)以萬計的要求上,切削槽量的單位μm也成為必不可少的單位。
但是,加工中心加工精度希望額定定位精度在1μm以下,而且在縣內(nèi)企業(yè)中,切削工具已被破壞。引起這些的原因,除了切削條件和切削工具的不合格,切削材料難切削性之外,還有機床主軸的熱位移較大的形成產(chǎn)生了影響。對于使用者及企業(yè)機床,機床的熱環(huán)境,加工方案為位移的恒溫控制,切削液的定溫控制主軸冷卻功能等各種對策,用所有的熱位移來控制是很困難的。
因此,在本研究中,以加工中心使用用戶使用高速旋轉主軸為目的,主要確定主軸的熱穩(wěn)定狀態(tài),當使用在區(qū)域幾萬轉的旋轉速度的小直徑切削工具時,與具有幾千轉的一般切割相比較,存在由主軸頭產(chǎn)生的熱量增加的傾向,發(fā)熱體的主軸頭,可顯著影響加工精度致使改變主軸熱位移,然而對于用戶,消除主軸本身幾乎是不可能的,因此,加工前預熱運轉實施熱位移保持穩(wěn)定狀態(tài),在加工過程中,對熱位移如何通過每次輸入的修正值是目前最應該解決的。對于機床或類似文檔中描述的程序記載,如預熱操作,這是困難的用戶以定量掌握熱穩(wěn)定狀態(tài)和主軸,預熱時間設定,修正量的位移量一個大的方面,它依賴于用戶的體驗輸入。因此,如果知道當前機器狀態(tài),發(fā)現(xiàn)是在熱穩(wěn)定狀態(tài)下的一種方式的用戶,也能夠維持高精度的機械加工。本年度有關的各種溫度因素和加工精度的關系,能夠定量地表示的同時,主軸的溫度變化和主軸位置的位移之間的關系,關于現(xiàn)有的加工中心的主軸溫度測量方法和位移測量手法進行了討論。
2 實驗方法
機床的熱變形,歷來有很多研究正在進行,變形預測方法等也有說明(2,3)。例如,在三軸立式加工中心中,主要的部位,專欄,主軸分別產(chǎn)生熱變形,工具尖端,因為三維誤差崩盤。其中,z軸方向是運行導致的熱影響,容易受到最子宮位移量比軸xy非??赡艹霈F(xiàn)的報告。旋轉主軸,在主軸因發(fā)熱產(chǎn)生軸z方向熱膨脹,于是在這項研究中,最大熱子宮位移產(chǎn)生,z軸方向的子宮位移量進行檢查。
機床的熱變形,歷來眾多研究進行預測,變形手法等也顯示出的(2,3),例如,3軸立式加工中心中,主要部位的基礎,專欄,主軸各自熱變形產(chǎn)生,工具先端3次元的誤差出現(xiàn)來。其中Z軸方向是駕駛導致熱影響最容易接受,XY軸比位移量很大,非常可能會被報告(4)是由于主軸伴隨的發(fā)熱而主軸Z軸方向熱膨脹起來。因此,本研究中,產(chǎn)生了最大的熱位移,Z軸位移量的有關的測量。
(1)實驗加工中心。實驗中,兩種類型垂直三軸加工中心。因為它有任一加工中心也有高速型的主軸,它來自主軸冷卻裝置,設置在該主軸電動機的殼體上的冷卻套,一個恒溫的熱交換用油循環(huán)冷卻用潤滑油冷卻系統(tǒng)。(2)位移測量主軸量。對于測定主軸的位移量,使用的非接觸型工具位置測量儀器(大昭和精機(株),王朝愿景),對于機身內(nèi)置的CCD相機切削工具尖端連續(xù)拍攝的情況,具有計算與0.1μ微米的分辨率刀具長度的能力,通過主軸旋轉,在該實驗中可能測定所獲得的狀態(tài),在主軸旋轉的狀態(tài)下測量了點設置場所是如圖1所示那樣,加工中心加工桌上型治具,板塊通過BT刀柄支架固定了點加工中心的主軸,工具和彈簧柯蕾采用φ4毫米的超安裝硬合金制軸,軸端前端約90°的圓錐狀,測量了圓錐形頂點的Z軸方向。位移量為0μm與主軸停止狀態(tài)的軸端位置為0μm,主軸和桌子接近的方向的數(shù)據(jù)記錄,抽樣間隔5秒。(3)主軸溫度測量。主軸的溫度測量,使用放射溫度計的測試點。如圖1中所示靠近刀架的外周上的裝配部分是一個主軸底部,測量表面的距離和輻射溫度計設定為約10毫米。輻射溫度計的輸出值,通過放大器對溫度值的數(shù)據(jù)記錄器的內(nèi)部器官從電壓轉換被連接到數(shù)據(jù)記錄器的計算機記錄。
3 結果和考察
(1)主軸位移測量結果。生產(chǎn)的立式加工中心,主軸停止了一定時間,所規(guī)定的旋轉數(shù)高速旋轉后,主軸再次停止的時候的主軸位移量(Z軸方向),還表示出經(jīng)過的時間函數(shù)和主軸的旋轉速度(NC指令值)的關系。A公司生產(chǎn)的加工中心是15000rpm主軸,根據(jù)之后的主軸尖端位置伸長的方向開始位移,約130分鐘后位移量穩(wěn)定狀態(tài)達到最大值之后,其位移量為42μm,此外,從15000rpm的主軸旋轉降低到200rpm的時候,主軸是在收縮方向移動,在大約70分鐘的量級主軸位移恢復至基本上其初始位置。B公司生產(chǎn)加工中心也與A公司有著同樣的傾向,主軸轉速30000rpm,約15分鐘后主軸位移量基本穩(wěn)定并且達到最大值22μm,當主軸轉速為30000rpm或低于3000rpm時,要立即將主軸位移量緊縮方向位移,約10分鐘左右,主軸位移量基本恢復到初始位置。(2)溫度依存的位移。主軸位移測量結果確認,開始在200rpm旋轉后不久,在Z軸方向的位移為約幾μ米產(chǎn)生,低轉速且旋轉開始緊接之后在有溫度的影響以外的因素考慮的,在本實驗使用的加工中心在內(nèi),包括在本實驗中使用的,高速型主軸,往往軸承恒壓預壓型時,由于結構,主軸旋轉軸承位置移位。因此,為了解溫度以外的主軸位移特性,反復使用主軸極在短時間內(nèi)旋轉和停止駕駛的方法,它是為每個旋轉速度的主軸位移測量,溫度不依賴主軸位移量停止狀態(tài)和旋轉狀態(tài)產(chǎn)生的差分開始尋求的結果。其結果顯示,A,B兩家公司的加工中心一起,每個主軸速度獨立于溫度的位移量的,A公司加工中心中,6000rpm是5μm左右生長方向的最大位移,大于其回轉數(shù)中位移量減少的方向轉變,20000rpm是2μ米左右的主軸收縮方向被確認是位移傾向了。B公司加工中心中,主軸的位移量,轉速一起直線性的增加,在36000rpm中7μm左右,主軸伸長的方向位移被認可。(3)溫度數(shù)據(jù)的主軸位移量預測。因為主軸位移不依賴于實驗確定的溫度,從主軸端的溫度測量數(shù)據(jù)到預料的軸位移量進行計算。以主軸為停止狀態(tài)上升到了主軸的狀態(tài)下,主軸位移量的預測值和實測值的比較。其結果是,即使在加工中心的兩個公司,主軸位移量的預測值約±5μ微米,測量值幾乎相同,被認為是可能存在來自溫度數(shù)據(jù)的位移量預測。
4 結束語
機床的主軸溫度從溫度偏差狀況等加工精度穩(wěn)定狀態(tài)下判斷的加工支援系統(tǒng),以主軸位移以及主軸溫度的測量手法進行討論。并得到了結果。因為在主軸旋轉中的軸位移量測量,關于非接觸式工具尖端位置測量裝置的適用進行討論,以主軸溫度的變化為捕捉手法,關于放射溫度計的適用進行了討論,結果顯示,該實驗中也能夠穩(wěn)定地連續(xù)測量主軸端部的溫度的系統(tǒng),證實了一種有效的測量方法。由機械加工中心測量,主軸位移表示由輻射溫度計所得主軸端溫度之間的相關性,根據(jù)溫度數(shù)據(jù)顯示的位移量的預測可能。溫度數(shù)據(jù)的主軸位移量預測值和實際測量值,程度大約在±5μm左右。從上述結果顯示,預測可能是由主軸端溫度測量主軸的位移量。
參考文獻
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