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        多點(diǎn)解讀數(shù)控龍門(mén)銑的熱穩(wěn)定性分析

        更新時(shí)間:2019-04-03 點(diǎn)擊次數(shù):1990
           多點(diǎn)解讀數(shù)控龍門(mén)銑的熱穩(wěn)定性分析
          數(shù)控龍門(mén)銑床如今在各行業(yè)中的應(yīng)用也越來(lái)越多,隨著機(jī)床技術(shù)的發(fā)展和提高,對(duì)加工效率的要求也不斷提高,要求機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)速度提高的同時(shí),各座標(biāo)軸的進(jìn)給速度,快移速度也必須相應(yīng)提高,這就使機(jī)床各部位自身的發(fā)熱越來(lái)越大,且越來(lái)越不均衡,這就使機(jī)床的精度熱穩(wěn)定性,成為影響機(jī)床穩(wěn)定加工的主要因素。
          因此在使用數(shù)控龍門(mén)銑這類(lèi)機(jī)床時(shí),不僅要重視周?chē)h(huán)境溫度的變化對(duì)機(jī)床精度的影響,也必須對(duì)機(jī)床各部位的發(fā)熱進(jìn)行有效地控制,以減少部件發(fā)熱對(duì)機(jī)床精度的影響。
          保證數(shù)控龍門(mén)銑在一般溫度下加工的精度熱穩(wěn)定性,是擺在我們面前的一道難題。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,我們做出如下探討:
          一、影響機(jī)床精度熱穩(wěn)定性的熱源分析
          控制機(jī)床精度熱穩(wěn)定性的終目的,就是控制刀具加工點(diǎn)相對(duì)工件的位置關(guān)系及工件或刀具移動(dòng)的準(zhǔn)確一致特性,機(jī)床的結(jié)構(gòu)性精度穩(wěn)定在一個(gè)范圍內(nèi)之后,影響機(jī)床加工精度穩(wěn)定性的另一個(gè)方面,熱穩(wěn)定性就成為機(jī)床精度變化的主要原因。機(jī)床發(fā)熱的熱源有:
          環(huán)境(氣溫)、機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)發(fā)熱和切削發(fā)熱。
          1.環(huán)境(氣溫)的影響
          數(shù)控龍門(mén)銑一般采用的結(jié)構(gòu),是工作臺(tái)在床身上水平運(yùn)動(dòng),床身兩側(cè)有兩個(gè)立柱,立柱上有一橫梁,滑座在橫梁上作另一個(gè)水平方向的運(yùn)動(dòng),滑枕在滑座上作垂直方向的運(yùn)動(dòng)。
          由于機(jī)床高度大,X向運(yùn)動(dòng)與Y、Z向位置高度差,一般都在2m以上,產(chǎn)生了一個(gè)高度溫差,在廠房里生產(chǎn)過(guò)程中,會(huì)有2-4℃的溫差,按鑄鐵線漲系數(shù)0.011 mm/(℃·m),y軸行程約2.5m的情況,造成工作臺(tái)X向定位精度與y、Z向定位精度有0.055-O.11mm的差別,從而影響加工精度。
          機(jī)床安置的廠房布置,也有很大影響,特別是在南方廠房,多考慮到通風(fēng)采光,將窗戶(hù)開(kāi)的很大,陽(yáng)光直接照射到機(jī)床,使機(jī)床局部溫度變化,影響加工精度。
          2.機(jī)床部件發(fā)熱的影響
          一般分為主傳動(dòng)發(fā)熱和座標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)發(fā)熱。
         ?、僦鱾鲃?dòng)發(fā)熱
          數(shù)控龍門(mén)銑床的主傳動(dòng),一般都安裝在滑枕上,主軸在滑枕下端?;硎且粋€(gè)長(zhǎng)徑比較大的桿類(lèi),熱變形特性較復(fù)雜,與滑枕截面形狀、導(dǎo)軌布置方式關(guān)系很大。此類(lèi)機(jī)床主傳動(dòng)動(dòng)力傳入方式,一般又分正面?zhèn)魅牒投嗣鎮(zhèn)魅?,各有?yōu)缺點(diǎn)。正面?zhèn)魅耄侵麟姍C(jī)及變速箱安裝在滑枕正面,傳入滑枕后即到主軸,由于其傳動(dòng)鏈短,傳動(dòng)剛性較好,其滑枕導(dǎo)軌采用半包容結(jié)構(gòu),滑枕尺寸可以較大,增強(qiáng)了滑枕的結(jié)構(gòu)剛性,同時(shí)其不好的一面,就是主傳動(dòng)產(chǎn)生的熱量在滑枕正面聚集,造成滑枕正反面熱量不勻,使滑枕變形;端面?zhèn)魅?,是主電機(jī)及變速箱安裝在滑枕上端面,傳入滑枕后通過(guò)長(zhǎng)傳功軸傳到主軸,由于其傳動(dòng)鏈長(zhǎng),傳動(dòng)剛性較差,其滑枕導(dǎo)軌采用全包容結(jié)構(gòu),滑枕尺寸相對(duì)較小,滑枕的結(jié)構(gòu)剛性稍弱,但其主傳動(dòng)產(chǎn)生的熱量在滑枕端面,不會(huì)使滑枕正反面產(chǎn)生溫差,滑枕變形量小。
         ?、谧鶚?biāo)軸運(yùn)動(dòng)發(fā)熱
          主要是進(jìn)給傳動(dòng)發(fā)熱,如滾珠絲杠傳動(dòng)發(fā)熱或齒輪齒條傳動(dòng)發(fā)熱和進(jìn)給電機(jī)發(fā)熱傳導(dǎo)到傳動(dòng)部件,其主要影響機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度。
          二、對(duì)機(jī)床熱穩(wěn)定性的控制方式組合
          針對(duì)以上的情況,針對(duì)不同的要求,進(jìn)行相應(yīng)的控制方式組合來(lái)達(dá)到目的。
          1.對(duì)氣溫及高度差造成溫差的控制
          對(duì)于氣溫變化及高度差造成的溫差,使工作臺(tái)移動(dòng)(X向)與滑座橫向(Y向)及滑枕垂向(Z向)的單位運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度不同的問(wèn)題,首先從機(jī)床的安置就要考慮,機(jī)床布置應(yīng)相對(duì)獨(dú)立,機(jī)床間隔不宜太小,且不能靠近陽(yáng)光直射區(qū)域,廠房高度要高一些,同時(shí)設(shè)置通風(fēng)設(shè)施,加快空氣流動(dòng),使溫度均衡。
          如果大型數(shù)控龍門(mén)銑床用于加工有一致性要求且精度較高時(shí),則需將機(jī)床安裝在恒溫廠房里,花費(fèi)較大,也增加了此類(lèi)機(jī)床的使用成本。
          另外還可以通過(guò)CNC系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ杭丛跈C(jī)床整機(jī)裝配調(diào)試完畢后,分別在床身和橫梁特定位置安裝多個(gè)溫度傳感器,利用位移檢測(cè)設(shè)備對(duì)在不同溫度下各軸的位移精度進(jìn)行檢測(cè),得出各溫度采樣點(diǎn)在不同溫差時(shí)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量,向CNC系統(tǒng)下輸入補(bǔ)償量,則在加工中系統(tǒng)得到采樣點(diǎn)溫度后進(jìn)行比較,得到溫差值再把該溫差的各軸補(bǔ)償量補(bǔ)入,即可有較明顯的效果。但此方法對(duì)溫度采樣點(diǎn)的選取要求較高,補(bǔ)償數(shù)據(jù)量大,分析數(shù)據(jù)難度大,對(duì)數(shù)控系統(tǒng)要求高,成本高和生產(chǎn)周期長(zhǎng),只能在某些特殊要求的機(jī)床上采用。
          2.對(duì)主傳動(dòng)及主軸部件發(fā)熱的控制
          對(duì)于主傳動(dòng)及主軸部件的發(fā)熱,一般采用的控制方法有兩種:
         ?、僖笥脩?hù)在加工前進(jìn)行主傳動(dòng)系統(tǒng)預(yù)熱,即以加工所需主軸轉(zhuǎn)速開(kāi)動(dòng)主軸約30 min,以便使機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到相對(duì)熱平衡,這時(shí)機(jī)床滑枕及主軸相應(yīng)的熱伸長(zhǎng)和變形己經(jīng)穩(wěn)定,對(duì)機(jī)床相關(guān)幾何精度的影響量,己經(jīng)不會(huì)有多大變化,此時(shí)再進(jìn)行加工作業(yè),能較好地保證加工精度的穩(wěn)定。此方法也是目前采用多的一種方式。
         ?、诓捎煤銣赜蛯?duì)主傳動(dòng)及主軸系統(tǒng)進(jìn)行冷卻,減少熱量,這種方式須增加油冷機(jī),會(huì)增加些成本,但效果不錯(cuò)。
          3.對(duì)座標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)發(fā)熱的控制
          在數(shù)控機(jī)床上,這類(lèi)發(fā)熱主要是伺服電機(jī)發(fā)熱和滾珠絲杠傳動(dòng)發(fā)熱。這兩個(gè)問(wèn)題在中小型數(shù)控機(jī)床上較為突出。
          對(duì)于伺服電機(jī)發(fā)熱,一般采用隔熱墊來(lái)隔離電機(jī)熱量,或在電機(jī)與機(jī)床聯(lián)接部位加冷卻的方式來(lái)加以控制。
          對(duì)于滾珠絲杠傳動(dòng)發(fā)熱,一般采用中空絲杠,通入循環(huán)冷卻油,降低絲杠溫度,使絲杠溫度與基本零件(如床身)等溫,以保證絲杠與床身的熱伸長(zhǎng)量保持一致,使絲杠本身的預(yù)緊力、絲杠的預(yù)拉力、軸承的預(yù)緊力不受發(fā)熱影響,保證在溫度變化的情況下,進(jìn)給軸驅(qū)動(dòng)剛性得以保持,從而提高機(jī)床的加工精度。
          而在大型數(shù)控龍門(mén)銑床上采用的方法:
          一是將進(jìn)給電機(jī)設(shè)計(jì)在部件端部,保證較好的散熱條件,并通過(guò)用同步齒形帶或高精度減速機(jī)與絲杠隔離,以減少進(jìn)給伺服電機(jī)發(fā)熱的影響;
          二是采用大直徑滾珠絲杠(長(zhǎng)絲杠不宜采用中空絲杠),增加其熱容量,減少溫升,來(lái)達(dá)到目的。

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