数控机床热变形问题及其控制

探索号QM · 发表于 2014-12-25 10:56:10

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。

cj0203 · 发表于 2014-12-25 15:19:25

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
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

fffmysmbkn · 发表于 2014-12-25 21:56:22

fffmysmbkn 发表于 2014-12-23 22:08 , u0 Y* E8 f1 P8 @7 g$ u$ f
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

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

探索号QM · 发表于 2014-12-26 07:43:19

本帖最后由探索号QM 于 2014-12-26 08:16 编辑

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。

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。

探索号QM · 发表于 2014-12-26 08:01:01

cj0203 发表于 2014-12-25 15:19 9 ~2 u/ S o8 P) p% ]6 m" l
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 ...

刀具热变形对加工精度的影响
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。
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。

cj0203 · 发表于 2014-12-26 11:59:44

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。
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
   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
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
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
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

探索号QM · 发表于 2014-12-26 15:53:42

工艺系统的热源

(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。

(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。

(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。

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。

探索号QM · 发表于 2014-12-26 16:03:03

本帖最后由探索号QM 于 2014-12-27 03:51 编辑

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。
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。

与燕同飞 · 发表于 2015-1-18 21:56:01

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紫ug · 发表于 2015-1-19 20:30:02

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