關(guān)于根據(jù)溫度監(jiān)控系統(tǒng)使機(jī)床加工精度提高的研究

摘 要：由于機(jī)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(gòu)筑作為目的，對(duì)主軸溫度和主軸位移的測量手法進(jìn)行了研究。為了測量主軸旋轉(zhuǎn)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(yīng)用程序。其結(jié)果可以確定的是，可以通過運(yùn)行的主軸位移量來進(jìn)行測量。另外，對(duì)捕獲主軸溫度的變化、通過對(duì)放射溫度計(jì)的適用進(jìn)行了討論。根據(jù)兩種方法的勞動(dòng)組合，運(yùn)行狀態(tài)的加工中心進(jìn)行測量到的地方，主軸位移量，放射溫度計(jì)的主軸端溫度與放射溫度計(jì)線性相關(guān)，因此，它已被證明是由主軸端溫度測量主軸的位移量。

關(guān)鍵詞：溫度監(jiān)控系統(tǒng)；機(jī)床加工；精度

1 概述

在近些年來，機(jī)械零件的微精度，對(duì)于加工現(xiàn)場提出更高精度化的強(qiáng)烈要求，采用高精度定位的數(shù)控機(jī)床。特別是，用直徑1mm以下的立銑刀、鉆頭等加工時(shí)，維持理想性的切削速度，為了維持主軸轉(zhuǎn)速rpm數(shù)以萬計(jì)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(jī)床主軸的熱位移較大的形成產(chǎn)生了影響。對(duì)于使用者及企業(yè)機(jī)床，機(jī)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(duì)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(zhuǎn)主軸為目的，主要確定主軸的熱穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)使用在區(qū)域幾萬轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度的小直徑切削工具時(shí)，與具有幾千轉(zhuǎn)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(duì)于用戶，消除主軸本身幾乎是不可能的，因此，加工前預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)施熱位移保持穩(wěn)定狀態(tài)，在加工過程中，對(duì)熱位移如何通過每次輸入的修正值是目前最應(yīng)該解決的。對(duì)于機(jī)床或類似文檔中描述的程序記載，如預(yù)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(yù)熱時(shí)間設(shè)定，修正量的位移量一個(gè)大的方面，它依賴于用戶的體驗(yàn)輸入。因此，如果知道當(dāng)前機(jī)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(jī)械加工。本年度有關(guān)的各種溫度因素和加工精度的關(guān)系，能夠定量地表示的同時(shí)，主軸的溫度變化和主軸位置的位移之間的關(guān)系，關(guān)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(jìn)行了討論。

2 實(shí)驗(yàn)方法

機(jī)床的熱變形，歷來有很多研究正在進(jìn)行，變形預(yù)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?yàn)槿S誤差崩盤。其中，z軸方向是運(yùn)行導(dǎo)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(bào)告。旋轉(zhuǎn)主軸，在主軸因發(fā)熱產(chǎn)生軸z方向熱膨脹，于是在這項(xiàng)研究中，最大熱子宮位移產(chǎn)生，z軸方向的子宮位移量進(jìn)行檢查。

機(jī)床的熱變形，歷來眾多研究進(jìn)行預(yù)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(chǔ)，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(dǎo)致熱影響最容易接受，XY軸比位移量很大，非?？赡軙?huì)被報(bào)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(guān)的測量。

（1）實(shí)驗(yàn)加工中心。實(shí)驗(yàn)中，兩種類型垂直三軸加工中心。因?yàn)樗腥我患庸ぶ行囊灿懈咚傩偷闹鬏S，它來自主軸冷卻裝置，設(shè)置在該主軸電動(dòng)機(jī)的殼體上的冷卻套，一個(gè)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(duì)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(jī)（株），王朝愿景），對(duì)于機(jī)身內(nèi)置的CCD相機(jī)切削工具尖端連續(xù)拍攝的情況，具有計(jì)算與0.1μ微米的分辨率刀具長度的能力，通過主軸旋轉(zhuǎn)，在該實(shí)驗(yàn)中可能測定所獲得的狀態(tài)，在主軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下測量了點(diǎn)設(shè)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(diǎn)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(diǎn)的Z軸方向。位移量為0μm與主軸停止?fàn)顟B(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(jì)的測試點(diǎn)。如圖1中所示靠近刀架的外周上的裝配部分是一個(gè)主軸底部，測量表面的距離和輻射溫度計(jì)設(shè)定為約10毫米。輻射溫度計(jì)的輸出值，通過放大器對(duì)溫度值的數(shù)據(jù)記錄器的內(nèi)部器官從電壓轉(zhuǎn)換被連接到數(shù)據(jù)記錄器的計(jì)算機(jī)記錄。

3 結(jié)果和考察

（1）主軸位移測量結(jié)果。生產(chǎn)的立式加工中心，主軸停止了一定時(shí)間，所規(guī)定的旋轉(zhuǎn)數(shù)高速旋轉(zhuǎn)后，主軸再次停止的時(shí)候的主軸位移量（Z軸方向），還表示出經(jīng)過的時(shí)間函數(shù)和主軸的旋轉(zhuǎn)速度（NC指令值）的關(guān)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(dá)到最大值之后，其位移量為42μm，此外，從15000rpm的主軸旋轉(zhuǎn)降低到200rpm的時(shí)候，主軸是在收縮方向移動(dòng)，在大約70分鐘的量級(jí)主軸位移恢復(fù)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(zhuǎn)速30000rpm，約15分鐘后主軸位移量基本穩(wěn)定并且達(dá)到最大值22μm，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速為30000rpm或低于3000rpm時(shí)，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(fù)到初始位置。（2）溫度依存的位移。主軸位移測量結(jié)果確認(rèn)，開始在200rpm旋轉(zhuǎn)后不久，在Z軸方向的位移為約幾μ米產(chǎn)生，低轉(zhuǎn)速且旋轉(zhuǎn)開始緊接之后在有溫度的影響以外的因素考慮的，在本實(shí)驗(yàn)使用的加工中心在內(nèi)，包括在本實(shí)驗(yàn)中使用的，高速型主軸，往往軸承恒壓預(yù)壓型時(shí)，由于結(jié)構(gòu)，主軸旋轉(zhuǎn)軸承位置移位。因此，為了解溫度以外的主軸位移特性，反復(fù)使用主軸極在短時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)和停止駕駛的方法，它是為每個(gè)旋轉(zhuǎn)速度的主軸位移測量，溫度不依賴主軸位移量停止?fàn)顟B(tài)和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)產(chǎn)生的差分開始尋求的結(jié)果。其結(jié)果顯示，A，B兩家公司的加工中心一起，每個(gè)主軸速度獨(dú)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(zhuǎn)數(shù)中位移量減少的方向轉(zhuǎn)變，20000rpm是2μ米左右的主軸收縮方向被確認(rèn)是位移傾向了。B公司加工中心中，主軸的位移量，轉(zhuǎn)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(rèn)可。（3）溫度數(shù)據(jù)的主軸位移量預(yù)測。因?yàn)橹鬏S位移不依賴于實(shí)驗(yàn)確定的溫度，從主軸端的溫度測量數(shù)據(jù)到預(yù)料的軸位移量進(jìn)行計(jì)算。以主軸為停止?fàn)顟B(tài)上升到了主軸的狀態(tài)下，主軸位移量的預(yù)測值和實(shí)測值的比較。其結(jié)果是，即使在加工中心的兩個(gè)公司，主軸位移量的預(yù)測值約±5μ微米，測量值幾乎相同，被認(rèn)為是可能存在來自溫度數(shù)據(jù)的位移量預(yù)測。

4 結(jié)束語

機(jī)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(jìn)行討論。并得到了結(jié)果。因?yàn)樵谥鬏S旋轉(zhuǎn)中的軸位移量測量，關(guān)于非接觸式工具尖端位置測量裝置的適用進(jìn)行討論，以主軸溫度的變化為捕捉手法，關(guān)于放射溫度計(jì)的適用進(jìn)行了討論，結(jié)果顯示，該實(shí)驗(yàn)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(shí)了一種有效的測量方法。由機(jī)械加工中心測量，主軸位移表示由輻射溫度計(jì)所得主軸端溫度之間的相關(guān)性，根據(jù)溫度數(shù)據(jù)顯示的位移量的預(yù)測可能。溫度數(shù)據(jù)的主軸位移量預(yù)測值和實(shí)際測量值，程度大約在±5μm左右。從上述結(jié)果顯示，預(yù)測可能是由主軸端溫度測量主軸的位移量。

參考文獻(xiàn)

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