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标题:数控机床热变形问题及其控制 [打印本页]
作者:探索号QM 时间:2014-12-22 14:25
标题:数控机床热变形问题及其控制
本帖最后由 探索号QM 于 2014-12-22 15:59 编辑
& _7 k& r Y% X# G, y! M E( b' b9 R& A) O
okuma提出了“与热共舞”的概念（thermal-friendly concept），将主轴，机身植入热传感器，并（据说）采用“热对称”（我的理解就是设计时植入某种热变形与加工时产生的热变形互相抵消）方法，来控制加工精度。所提供的实验数据显示x轴的变形量可以控制到8个微米(0.008mm)，y轴5个微米(0.005mm)，z轴6个微米(0.006mm)。
0 W8 k& c4 B1 h! L- p/ {Mazak则有相应的“智能热屏蔽”的概念（intelligent thermal shield），据称其控制各个方向的变形量也是在10个微米(0.01mm)以下。
' e: `. W, `8 d" m: q* j4 [还有瑞士一家，也是有相应的控制热变形量的方法。相信中国也会跟进。
* S6 ?# U r6 o1 K* h 1 }) T# O7 I7 k7 g) b1 u- E
英雄不问出路，各家自有招数。
2 |! x2 ^' w: J% T$ d. g: j/ j7 N7 ? # e5 f; ~: D! u' |- h6 _
我的问题是想问各位大侠，针对数控连续高速量产所引起的热变形，有什么经历可以参考，有什么想法可以探讨？ 4 h/ u2 S9 ^4 O: `! C
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作者:探索号QM 时间:2014-12-22 16:44
Thermo-Friendly Concept—An Overview
8 Z% K& ^8 O' z$ M+ o4 [7 z+ I' mWe don’t fight thermal growth; we work with it. Thermo-Friendly Concept helps improve quality, save time and reduce the incidence of waste product by controlling the “uncontrollable.”
2 C) l( \9 f, qOkuma's Thermo-Friendly Concept combines control technology and machine design to both minimize the amount of heat generated and deal with the heat that cannot be eliminated. Coupled with extremely accurate thermal deformation compensation, the benefit is unrivaled dimensional stability over long, continuous runs. You no longer waste time and money warming machines up, thus requiring manual adjustments for temperature changes.
) I- a9 ^( u1 b. {. D, R" OMachine Design—With simple machine designs and construction that equalize ambient temperatures, deformation is predictable and complex torsion or tilting is controlled.
- l, n" p8 v; Q- d! vControl Technology—Okuma's Thermal Active Stabilizer has two components: Spindle (TAS-S) and Construction (TAS-C).
; @8 u7 C0 m: |! F# NTAS-S considers not only spindle temperature information but also spindle rotation, spindle speed changes, and spindle stoppage. The result is that deformation of the spindle and Z-axis are accurately controlled.
( @ |( t* N: m$ Q2 {TAS-C is based on machine thermal characteristics. With appropriately placed temperature sensors and feed axis position data TAS-C will predict and accurately control thermal deformation in machine construction when ambient temperatures change.
作者:源波403 时间:2014-12-22 20:09
学习
作者:樱木花道1 时间:2014-12-22 21:13
学习
作者:木子12 时间:2014-12-22 21:14
受教了，顶一下
作者:清飞扬 时间:2014-12-23 01:53
学习
作者:caesar1724 时间:2014-12-23 08:32
学习学习
作者:fffmysmbkn 时间:2014-12-23 22:08
最近也在关注这个问题，只能从零件尺寸变化来反映趋势了。不知道还在找其他方法探索热变形问题，共勉
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作者:jesuisdj 时间:2014-12-24 09:21
学习了
作者:dusurong 时间:2014-12-24 12:44
学习了
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作者:探索号QM 时间:2014-12-25 10:56
2003 年瑞士 Mikron 公司开发出智能热补偿系统 (ITC) 模块,配置了 ITC 的机床能自动处理温度变化造成的误差。智能热补偿系统的优点是能够提高加工精度,缩短加工时间。与其他同类机床相比,可节省 15 ~ 25min 的机床预热时间,而且进行超精密加工所需要的热稳定时间也明显缩短。
作者:cj0203 时间:2014-12-25 15:19
你看看人家要的工作环境是什么啊 你把他放诺大的车间你看补偿靠谱不 有的机床还受太阳光照呢 ，国人对机床的态度没法说的
$ h: H; O% L/ O. z8 Z他们的精度补偿是相对的 不是绝对的 要小空间里 所以对于粗放型的企业无法实现 欢迎你评价 呵呵
作者:fffmysmbkn 时间:2014-12-25 21:56
fffmysmbkn 发表于 2014-12-23 22:08
+ ]0 r- N; u1 ^: i最近也在关注这个问题，只能从零件尺寸变化来反映趋势了。不知道还在找其他方法探索热变形问题，共勉
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自动热补偿，是机床整体恒温吗？我觉得补偿应该在比较关键的地方，比如丝杆，导轨等
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作者:探索号QM 时间:2014-12-26 07:43
本帖最后由 探索号QM 于 2014-12-26 08:16 编辑 ) K. p# n6 a. K9 j- s+ R% F8 Y
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其实这里提到的热补偿，并不是新的概念。机械制造学里面有误差补偿技术的说法，包括热补偿在内。
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提高机床加工精度有两种基本方法：误差预防法和误差补偿法。误差预防法是一种“硬技术”，通过设计和制造途径消除或减少可能的误差源，靠提高机床制作精度来满足加工精度要求。误差预防法有很大的局限性，即使能够实现，在经济上的代价往往是很高的。误差补偿法是使用软件技术，人为产生出一种新的误差去抵消当前成为问题的原始误差，是一种既有效又经济的提高机床加工精度的手段。通过误差补偿可在机床上加工出超过机床本身精度的工件，这是一种“精度进化”的概念。
作者:探索号QM 时间:2014-12-26 08:01
cj0203 发表于 2014-12-25 15:19 5 F1 D8 r) ^% d; }; Z6 S
你看看人家要的工作环境是什么啊 你把他放诺大的车间你看补偿靠谱不 有的机床还受太阳光照呢 ，国人对机床的 ...

0 F j8 N" Q: |- ^# Y5 ` 刀具热变形对加工精度的影响 " m+ _ @0 h9 m5 r' d. w
使刀具产生热变形的热源主要是切削热。切削热传入刀具的比例虽然不大（车削时约为5％左右），但由于刀具体积小，热容量小，所以刀具切削部分的温升仍较高。 ) M' X* L* z/ N% R
粗加工时，刀具热变形对加工精度的影响一般可以忽略不计；对于加工要求较高的零件，刀具热变形对加工精度的影响较大，将使加工表面产生尺寸误差或形状误差。 & l( e. b1 L- L4 T* P& V; l* F c
作者:cj0203 时间:2014-12-26 11:59
楼主 你说的还少了材料的部分 材料的塑形 和热 也是问题 ，但是我们做机床的一般是以45钢为基础来探讨的 ，那就不考虑刀具和材料的问题，目前研究的是机床热变形的问题。
9 A4 P' [1 ?- T" B1 {# C有几个方向 1 是软件修正机床自身精度误差和重心位置改变的动态误差 ，这些都是靠专业仪器检测出来再在软件机床模块修正，达到矢量一致性。这些都再集成到机床系统里 0 v' u z) M( F( v, [7 ]: [
2是温度控制模块 这个是靠温度传感器 和系统结合实时监控的，这个看过报导的车间温度差要小于6度 ，而国外母鸡的制造和装配车间的温度（上下层 高度在15米）差不超过1度 温度在22度 有的国家是24度 。利用温差来修正机床的热误差 ( M. @ t/ A* v1 `/ I" G6 U# i/ b
3丝杆螺母模块 丝杆2端轴承 用油冷方案 和中空气冷 总体来说精密机床不是拿来开粗的 所以使用和保养也很重要 8 u% U& o' {. ~* a3 C
中国的操作者这个方面还很少精通的 特别是计件时代 那真是机床杀手 不过也不能怪工人 工人地位太低也没有人尊重 哎 一言难尽
- o5 l$ a+ e5 @' a差距大 不是一时说的完的 做粗加工的中国 你叫他玩绣花针的细活 能够玩转也都饿死了
作者:探索号QM 时间:2014-12-26 15:53
工艺系统的热源 ' c: W3 c0 I8 X& w. C, T' X5 }4 M

' N. i9 J7 l6 H(1) 切削热 切削加工过程中，消耗于切削层弹、塑性变形及刀具与工件、切屑间摩擦的能量，绝大部分转化为切削热。切削热将传入工件、刀具、切屑和周围介质，它是工艺系统中工件和刀具热变形的主要热源。在车削加工中，传给工件的热量占总切削热的30%左右，切削速度越高，切屑带走的热量越多，传给工件的热量就越少；在铣削、刨削加工中，传给工件的热量占总切削热的比例小于30%；在钻削和镗削加工中，因为大量的切屑滞留在所加工孔中，传给工件的热量往往超过50%；磨削加工中传给工件的热量有时多达80 %以上，磨削区温度可高达800～1000℃左右。 $ k) n, l: u& a, v" E2 d C' p

% D8 C# r' i" v+ m, o(2) 摩擦热和动力装置能量损耗发出的热 机床运动部件(如轴承、齿轮、导轨等)为克服摩擦所做机械功转变的热量，机床动力装置（如电动机、液压马达等）工作时因能量损耗发出的热，它们是机床热变形的主要热源。
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7 i' m/ h# @! Q+ }! e(3) 外部热源 主要是指周围环境温度通过空气的对流以及日光、照明灯具、取暖设备等热源通过辐射传到工艺系统的热量。外部热源的热辐射及环境温度的变化对机床热变形的影响，有时也是不可忽视的。靠近窗口的机床受到日光照射的影响，上下午的机床温升和变形就不同，而且日照通常是单向的局部的，受到照射的部分与未经照射的部分之间就有温差。 7 _/ |1 h* i" J7 d' O

: z5 m& q* z3 F2 d& ]+ F工艺系统在工作状态下，一方面它经受各种热源的作用使温度逐渐升高，另一方面，它同时也通过各种传热方式向周围介质散发热量。当工件、刀具和机床的温度达到某一数值时，单位时间内传出和传入的热量接近相等时，工艺系统就达到了热平衡状态。在热平衡状态下，工艺系统各部分的温度保持在某一相对固定的数值上，工艺系统的热变形将趋于相对稳定。
作者:探索号QM 时间:2014-12-26 16:03
本帖最后由 探索号QM 于 2014-12-27 03:51 编辑 ; `, d1 H% {" T. i2 n6 j" U$ R- N9 d
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工艺系统在热作用下产生的局部变形，会破坏刀具与工件的正确位置关系，使工件产生加工误差。热变形对加工精度影响较大，特别是在精密加工和大件加工中，热变形所引起的加工误差通常会占到工件加工总误差的40%～70%。随着高精度、高效率及自动化加工技术的发展，工艺系统热变形问题日益突出。 ControlTechnology—Okuma's Thermal Active Stabilizer has two components:Spindle (TAS-S) and Construction (TAS-C)正是通过热补偿来将被破坏了的刀具与工件的正确位置尽可能地恢复到位。 " j' P8 T; M" N; y. `5 M$ V
当然，除了热作用，还有振动，夹具定位误差等，也会影响加工误差。但它们暂时不在我讨论之列。
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作者:与燕同飞 时间:2015-1-18 21:56
学习
作者:紫ug 时间:2015-1-19 20:30
新人
作者:天涯小小刀 时间:2015-1-29 10:01
通过用微米级重复定位精度的高精度触摸传感器来进行热位移检测可以吗？ # ]9 L) e% U6 g7 A9 [8 w8 {" C
上个图，我们公司有类似产品，不过图不是我们的，先说下 " @& C) A% |1 H$ Y

* |$ T' v9 t% Y7 z4 l: x q
作者:天涯小小刀 时间:2015-1-29 11:20
看到我最新的回复了吗？我想探讨下国内用这种接触式传感器定位来补偿的可能性。
作者:18066123353 时间:2015-1-31 16:58
暧机
作者:m-人来人往 时间:2015-1-31 21:12
楼主都说的很全了，只差实际实验检测数据。 & z! q7 @( p# q5 d4 u8 R5 Z; i' v
学习了
作者:天涯小小刀 时间:2015-2-2 17:09
天涯小小刀 发表于 2015-1-29 10:01
# p# V( |5 E. M& ^8 O通过用微米级重复定位精度的高精度触摸传感器来进行热位移检测可以吗？
: j' u: Y0 B1 d" x上个图，我们公司有类似产品，不过 ...

$ j5 e" }; N& W$ r- b0 u, g9 [' @
, |* J5 u0 F& l$ g4 A* y0 I% @6 ~& w- Q) j5μ秒反应时间，你是说这个吗？ * ?. t' d4 J1 j$ k, d+ y
作者:探索号QM 时间:2015-2-3 04:48
天涯小小刀 发表于 2015-2-2 17:09
/ u5 I% O9 S3 g' f5 p/ b- W5μ秒反应时间，你是说这个吗？
( i$ j6 L4 c5 f0 v9 C
作出热补偿的前提应该是准确测量热变形。否则无法做到正确及时的纠正。相信很多制造商已经有了实际应用的对策。 ( ]1 h' m; T: J
作者:天涯小小刀 时间:2015-2-3 09:33
探索号QM 发表于 2015-2-3 04:48 ' Q$ E( u$ J% {
作出热补偿的前提应该是准确测量热变形。否则无法做到正确及时的纠正。相信很多制造商已经有了实际应用的 ...

4 o5 M( M5 ]+ l1 ]* O; d* x, J是有很多方法。 9 h, q! o: W4 s% V

8 ~+ H/ |+ G) T& ~8 K: R! Y有篇文章看到 ) `4 t! J" o5 C3 h2 k
1、降低温升 " b% h; N' D4 _' {+ ?
2、合理结构
! B( g" {( w7 S" T: G8 p5 C3、改变材料 2 |0 S: v7 A+ P ]: [* B8 x* h
4、热补偿 & [- W0 A7 i' b4 q- }! _5 B7 n+ E
4.1 缩短热平衡时间 3 S/ ~8 d4 [. Q$ D4 L: f
4.1.1 高速开空车 ) H, {" A$ s0 p! a. F6 }) @
4.1.2 适当位置人工热源
# Y* Q' k# f1 a* w0 g3 w4.2 自动补偿 9 Q) t+ ~! k. U/ j- [
作者:16443 时间:2015-2-3 14:44
据我了解，目前热误差补偿最好的就是在线实时热误差补偿技术。
' _$ ], @; U5 x) T" O3 d8 I该技术已经在高静设备上有些应用，通过预置热传感器实时测量机床各测点的温度，利用CNC系统内嵌的误差补偿模型，实时控制多轴的运动进行误差补偿。 ' c% b( _5 h0 D9 [5 r5 b' _
国内这方面已经进行了很多研究，如上海交大的杨建国，他曾申请了国家课题专门研究热误差补偿。
S& G5 a2 U Q1 O ; R! L7 \7 T! ]- ^7 u
作者:1121851560 时间:2015-2-3 20:51
MORISEIKI 公司 丝杠有通孔 循环冷却油循环 能保证丝杠不产生温升
作者:253129071 时间:2015-2-3 22:11
中国要去做这个的话还是算了吧，到头来还是花钱引进技术的，落后太多了，追不上的
5 L/ e ~3 `0 h# [
作者:ValleyViews 时间:2015-2-5 02:40
天涯小小刀 发表于 2015-2-3 09:33 " _7 A6 Y, I+ X1 L1 J* U
是有很多方法。
: }2 _: }; [* g$ B; B* [8 ]: Y # ?1 Q! r% k2 n% @8 {0 s0 E0 ?5 `
有篇文章看到
' \3 n r( z! ~- V/ o
“适当位置人工热源” 这一说有点像 Okuma 的“与热共舞” 的概念。
) w3 P3 u6 N1 R9 R8 D9 A* c% q



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