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雙主軸數控車床廠家加工數控機床環境溫度場對加工精度的影響

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雙主軸數控車床廠家加工數控機床環境溫度場對加工精度的影響

發布日期:2019-01-02 作者:www.fdkamerica.com 點擊:


一、雙主軸數控車床廠家加工環境溫度場對加工精度的影響
 1、加工實例分析 
 工件材質為鋁合金,在1600mm直徑范圍內均布26000個直徑為32mm的孔,要求對工件中心孔位置度在0.05mm以內。制造廠采用一臺高速高精度的數控龍門機床加工。該機床在機床精度復檢中重復定位精度都在0.008mm以內,按常規采用這樣精度的設備加工是不成題目的。但在持續加工,工件實測誤差在0.20mm以上。經過綜合技術分析和重新檢測機床精度,以為機床在大空調廠房中,早、中、晚溫度變化梯度較大,機床從冷卻到全熱態過程中,機床的坐標系原點存在漂移;鋼件材料的熱線張系數和鋁材料相差較大,在一米長度上溫度相差1℃尺寸長度就相差0.01mm以上。為穩定機床工作的環境溫度,在機床加工區域搭建了二次恒溫空調間后,在加工前先經過數小時預熱后不停機連續加工到完成,工件實測誤差控制到0.08mm以內。 
 2、任何機床進行加工就要消耗動力,產生熱量,這熱量傳導到機床各運動部件和機床構件,必然引起機床工藝系統的熱變形,造成工件加工精度的變化。例如,一臺常用的數控立銑床,當機床由冷態轉進熱態時,主軸經過長時間高速運動后,溫度有可能上升十幾度,引起主軸箱溫升,立柱局部后仰熱變形、主軸中心線延伸、主軸端面抬頭等綜合變形,對中小規格的立銑床,在主軸端面上可能達到0.02-0.04mm的長度變化。驗證這題目可采用簡單的方法:用一把小直徑的立銑刀;用S形走刀軌跡,銑一個大平面(例如:300mm×300mm,400mm×400mm),一般經過半個小時以上的切削、刀具再走到進刀的起始位置,接刀點處形成明顯的臺階差。數控機床上主要熱源來源于各伺服電機和主軸電機、高速運動部件及液壓系統等。

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二、數控機床整體溫度的均衡及加工環境溫度場的控制 對數控車床的精度而言,溫度場的影響是綜合的,尤其在有限空間內溫度梯度變化影響Z大,因此控制機床整體溫度的均衡是一個比較理想的目標。為此在機床工作環境周邊溫度場要求均衡的基礎上,在精密的數控機床上常采用以下一些措施:
 1、均衡熱對稱結構設計 
 無論是大中型機床還是小型機床,對機床構件(床身、立柱、導軌等)采用對稱的布局設計已被廣泛接受,例如對稱的雙立柱、封閉、龍門布局、箱中箱結構等,日本安田機床就采用對稱立柱結構。 
 2、機床主體均勻溫度場的控制措施
  在現代數控機床上為控制機床的局部發熱,均衡機床各部分溫度與室溫的一致性、均勻性可以采取一系列措施。常見的有: 
(l)主軸部件是主要發熱源,所以主軸的前軸承部件都配置冷卻水套,與機外恒溫油箱連接,重點冷卻前主軸軸承座(或主軸箱體)的溫度,與室溫相近。 
一些高速電主軸內通人常溫壓縮空氣,帶走主軸內部熱量,控制主軸部件溫升。 
(2)采用中空的滾珠絲杠,通人恒溫冷卻液,有效冷卻滾珠絲杠高速旋轉中發熱,這技術尤期在龍門機床長絲杠上取得較好穩定精度的作用。
(3)采用供給大量恒溫流體來穩定機床構件(立柱、床身等)的溫度場均勻,控制局部熱變形。例如:在龍門機床長床身中透風調節各局部溫度變化。  在一些高精度機床上,床身導軌和立柱導軌后面都有液體活動的通道,在工作中恒溫液體從這些通道中通過循環,控制整機均勻溫度場。 
(4)采用三維溫度補償軟件,修正加工精度。機床由冷態工作到熱態過程中,工作精度有一定變化,如主軸、Y軸導軌等均會出現一定量的誤差。這些誤差隨著主變量(溫度)的變化會產生有規律的相應誤差變化,例如:當主軸端面溫度上升5℃時,一般會使主軸抬頭0.015-0.02mm。因此,在機床關鍵部件貼上溫度傳感器測定溫升量并輸人到數控系統,由試驗測定數據的補償軟件計算出在Z軸上的補償修正量,輸進Z軸坐標系進行修正,進步機床精度。這種補償軟件也可對X、Y、Z多軸進行補償,大大改善原有的機床精度。這一補償技術已較成功能地應用于高精度三坐標丈量機的溫度場補償,以前三測機只能用于20℃±1℃條件下精密丈量,現在對X、Y、Z三軸和工件上各加上兩個溫度傳感器(共7-8個),經過多維數字模型的軟件處理,能在20℃±5-6℃的環境下實施精確丈量。 
   3、刀具和加工工件加工環境溫度場均勻性的控制 
   加工過程中,主要發熱源是刀具切削工件表面的金屬材料時產生的熱量,這些熱量有相當部分隨著切屑排走,但也使刀具發熱和工件加工區域局部溫度升高,造成工件熱變形和內應力變形,影響加工精度。為此,淋浴冷卻是現代數控機床上常用的方法,即在加工過程中用大流量冷卻液沖洗工件和刀具,把切削熱量迅速從加工區域帶走,以形成較均勻的加工區域溫度場。這種方式要求機床配置大流量的恒溫冷卻系統,有全封閉的冷卻防護罩,在加工鑄件要時,要采用一些措施來處理含粉狀切屑末的冷卻液。 
為了使切削冷卻液真正加到切削部位,數控機床上常采用帶內冷卻切削液的刀具,這是非常有效的方法,尤其是在深孔加工中。例如,鉆深孔時,切削主要發熱區是在鉆頭的橫刃和鉆尖側刃處;一般的切削液供給方法根本深進不到那些部位,因此高壓冷卻液通過鉆頭中心冷卻液通道直接加到加工區域,沖走切屑,帶走熱量,降低了工件的局部溫度。 
雙主軸數控車床廠家在高速超硬加工中,工件表面硬度較高,要用超硬刀具強行切削,盡管每次切深并不大,用刀具高速運動帶走切屑并連續噴帶油露的壓縮空氣,冷卻加工區域。 
4、加工環境溫度場和丈量部件溫度場的均衡處理數控機床的加工對象是各種材料,如鋼鐵、有色金屬等,但數控機床的定位精度取決于丈量部件的精度;目前全閉環的高精度數控機床基本上都采用了光柵作為檢測元件。 
雙主軸數控車床廠家在數控車床上使用半閉環系統,采用回轉編碼器作為直線間隔檢測元件,則無法測直線運動部件熱變形變化情況,直線坐標上原點漂移更無法測出,因此它的定位精度和穩定性肯定要遠遠低于閉環系統。

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關鍵詞:雙主軸車銑復合車床,雙向硬軌斜床身數控車床,小型雙主軸車銑中心

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