機(jī)械社區(qū)

標(biāo)題: 數(shù)控機(jī)床熱變形問題及其控制 [打印本頁]

作者: 探索號QM 時間: 2014-12-22 14:25
標(biāo)題: 數(shù)控機(jī)床熱變形問題及其控制
本帖最后由探索號QM 于 2014-12-22 15:59 編輯

okuma提出了“與熱共舞”的概念（thermal-friendly concept），將主軸，機(jī)身植入熱傳感器，并（據(jù)說）采用“熱對稱”（我的理解就是設(shè)計時植入某種熱變形與加工時產(chǎn)生的熱變形互相抵消）方法，來控制加工精度。所提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示x軸的變形量可以控制到8個微米(0.008mm)，y軸5個微米(0.005mm)，z軸6個微米(0.006mm)。
Mazak則有相應(yīng)的“智能熱屏蔽”的概念（intelligent thermal shield），據(jù)稱其控制各個方向的變形量也是在10個微米(0.01mm)以下。
還有瑞士一家，也是有相應(yīng)的控制熱變形量的方法。相信中國也會跟進(jìn)。

英雄不問出路，各家自有招數(shù)。

我的問題是想問各位大俠，針對數(shù)控連續(xù)高速量產(chǎn)所引起的熱變形，有什么經(jīng)歷可以參考，有什么想法可以探討？

作者: 探索號QM 時間: 2014-12-22 16:44
Thermo-Friendly Concept—An Overview
We 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.”
Okuma'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.
Machine Design—With simple machine designs and construction that equalize ambient temperatures, deformation is predictable and complex torsion or tilting is controlled.
Control Technology—Okuma's Thermal Active Stabilizer has two components: Spindle (TAS-S) and Construction (TAS-C).
TAS-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.
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 時間: 2014-12-22 20:09
學(xué)習(xí)

作者: 櫻木花道1 時間: 2014-12-22 21:13
學(xué)習(xí)

作者: 木子12 時間: 2014-12-22 21:14
受教了，頂一下

作者: 清飛揚(yáng) 時間: 2014-12-23 01:53
學(xué)習(xí)

作者: caesar1724 時間: 2014-12-23 08:32
學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)

作者: fffmysmbkn 時間: 2014-12-23 22:08
最近也在關(guān)注這個問題，只能從零件尺寸變化來反映趨勢了。不知道還在找其他方法探索熱變形問題，共勉

作者: jesuisdj 時間: 2014-12-24 09:21
學(xué)習(xí)了

作者: dusurong 時間: 2014-12-24 12:44
學(xué)習(xí)了

作者: 探索號QM 時間: 2014-12-25 10:56
2003 年瑞士 Mikron 公司開發(fā)出智能熱補(bǔ)償系統(tǒng) (ITC) 模塊,配置了 ITC 的機(jī)床能自動處理溫度變化造成的誤差。智能熱補(bǔ)償系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能夠提高加工精度,縮短加工時間。與其他同類機(jī)床相比,可節(jié)省 15 ~ 25min 的機(jī)床預(yù)熱時間,而且進(jìn)行超精密加工所需要的熱穩(wěn)定時間也明顯縮短。

作者: cj0203 時間: 2014-12-25 15:19
你看看人家要的工作環(huán)境是什么啊你把他放諾大的車間你看補(bǔ)償靠譜不有的機(jī)床還受太陽光照呢，國人對機(jī)床的態(tài)度沒法說的
他們的精度補(bǔ)償是相對的不是絕對的要小空間里所以對于粗放型的企業(yè)無法實(shí)現(xiàn) 歡迎你評價呵呵

作者: fffmysmbkn 時間: 2014-12-25 21:56

fffmysmbkn 發(fā)表于 2014-12-23 22:08 $ L J$ r3 V, X3 D/ z6 w/ o7 a; d
最近也在關(guān)注這個問題，只能從零件尺寸變化來反映趨勢了。不知道還在找其他方法探索熱變形問題，共勉

自動熱補(bǔ)償，是機(jī)床整體恒溫嗎？我覺得補(bǔ)償應(yīng)該在比較關(guān)鍵的地方，比如絲桿，導(dǎo)軌等

作者: 探索號QM 時間: 2014-12-26 07:43
本帖最后由探索號QM 于 2014-12-26 08:16 編輯

其實(shí)這里提到的熱補(bǔ)償，并不是新的概念。機(jī)械制造學(xué)里面有誤差補(bǔ)償技術(shù)的說法，包括熱補(bǔ)償在內(nèi)。

提高機(jī)床加工精度有兩種基本方法：誤差預(yù)防法和誤差補(bǔ)償法。誤差預(yù)防法是一種“硬技術(shù)”，通過設(shè)計和制造途徑消除或減少可能的誤差源，靠提高機(jī)床制作精度來滿足加工精度要求。誤差預(yù)防法有很大的局限性，即使能夠?qū)崿F(xiàn)，在經(jīng)濟(jì)上的代價往往是很高的。誤差補(bǔ)償法是使用軟件技術(shù)，人為產(chǎn)生出一種新的誤差去抵消當(dāng)前成為問題的原始誤差，是一種既有效又經(jīng)濟(jì)的提高機(jī)床加工精度的手段。通過誤差補(bǔ)償可在機(jī)床上加工出超過機(jī)床本身精度的工件，這是一種“精度進(jìn)化”的概念。

作者: 探索號QM 時間: 2014-12-26 08:01

cj0203 發(fā)表于 2014-12-25 15:19
0 h8 c6 O' Y) K( K& a7 r0 W你看看人家要的工作環(huán)境是什么啊你把他放諾大的車間你看補(bǔ)償靠譜不有的機(jī)床還受太陽光照呢，國人對機(jī)床的 ...

刀具熱變形對加工精度的影響
使刀具產(chǎn)生熱變形的熱源主要是切削熱。切削熱傳入刀具的比例雖然不大（車削時約為5％左右），但由于刀具體積小，熱容量小，所以刀具切削部分的溫升仍較高。
粗加工時，刀具熱變形對加工精度的影響一般可以忽略不計；對于加工要求較高的零件，刀具熱變形對加工精度的影響較大，將使加工表面產(chǎn)生尺寸誤差或形狀誤差。

作者: cj0203 時間: 2014-12-26 11:59

樓主你說的還少了材料的部分材料的塑形和熱也是問題，但是我們做機(jī)床的一般是以45鋼為基礎(chǔ)來探討的，那就不考慮刀具和材料的問題，目前研究的是機(jī)床熱變形的問題。
有幾個方向 1 是軟件修正機(jī)床自身精度誤差和重心位置改變的動態(tài)誤差，這些都是靠專業(yè)儀器檢測出來再在軟件機(jī)床模塊修正，達(dá)到矢量一致性。這些都再集成到機(jī)床系統(tǒng)里
   2是溫度控制模塊  這個是靠溫度傳感器和系統(tǒng)結(jié)合實(shí)時監(jiān)控的，這個看過報導(dǎo)的車間溫度差要小于6度，而國外母雞的制造和裝配車間的溫度（上下層高度在15米）差不超過1度  溫度在22度有的國家是24度  。利用溫差來修正機(jī)床的熱誤差
3絲桿螺母模塊絲桿2端軸承用油冷方案和中空氣冷    總體來說精密機(jī)床不是拿來開粗的  所以使用和保養(yǎng)也很重要
中國的操作者這個方面還很少精通的  特別是計件時代那真是機(jī)床殺手  不過也不能怪工人工人地位太低也沒有人尊重  哎一言難盡
差距大不是一時說的完的做粗加工的中國你叫他玩繡花針的細(xì)活  能夠玩轉(zhuǎn)也都餓死了

作者: 探索號QM 時間: 2014-12-26 15:53
工藝系統(tǒng)的熱源

(1) 切削熱  切削加工過程中，消耗于切削層彈、塑性變形及刀具與工件、切屑間摩擦的能量，絕大部分轉(zhuǎn)化為切削熱。切削熱將傳入工件、刀具、切屑和周圍介質(zhì)，它是工藝系統(tǒng)中工件和刀具熱變形的主要熱源。在車削加工中，傳給工件的熱量占總切削熱的30%左右，切削速度越高，切屑帶走的熱量越多，傳給工件的熱量就越少；在銑削、刨削加工中，傳給工件的熱量占總切削熱的比例小于30%；在鉆削和鏜削加工中，因?yàn)榇罅康那行紲粼谒庸た字校瑐鹘o工件的熱量往往超過50%；磨削加工中傳給工件的熱量有時多達(dá)80 %以上，磨削區(qū)溫度可高達(dá)800～1000℃左右。

(2) 摩擦熱和動力裝置能量損耗發(fā)出的熱  機(jī)床運(yùn)動部件(如軸承、齒輪、導(dǎo)軌等)為克服摩擦所做機(jī)械功轉(zhuǎn)變的熱量，機(jī)床動力裝置（如電動機(jī)、液壓馬達(dá)等）工作時因能量損耗發(fā)出的熱，它們是機(jī)床熱變形的主要熱源。

(3) 外部熱源  主要是指周圍環(huán)境溫度通過空氣的對流以及日光、照明燈具、取暖設(shè)備等熱源通過輻射傳到工藝系統(tǒng)的熱量。外部熱源的熱輻射及環(huán)境溫度的變化對機(jī)床熱變形的影響，有時也是不可忽視的。靠近窗口的機(jī)床受到日光照射的影響，上下午的機(jī)床溫升和變形就不同，而且日照通常是單向的局部的，受到照射的部分與未經(jīng)照射的部分之間就有溫差。

工藝系統(tǒng)在工作狀態(tài)下，一方面它經(jīng)受各種熱源的作用使溫度逐漸升高，另一方面，它同時也通過各種傳熱方式向周圍介質(zhì)散發(fā)熱量。當(dāng)工件、刀具和機(jī)床的溫度達(dá)到某一數(shù)值時，單位時間內(nèi)傳出和傳入的熱量接近相等時，工藝系統(tǒng)就達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。在熱平衡狀態(tài)下，工藝系統(tǒng)各部分的溫度保持在某一相對固定的數(shù)值上，工藝系統(tǒng)的熱變形將趨于相對穩(wěn)定。

作者: 探索號QM 時間: 2014-12-26 16:03
本帖最后由探索號QM 于 2014-12-27 03:51 編輯

工藝系統(tǒng)在熱作用下產(chǎn)生的局部變形，會破壞刀具與工件的正確位置關(guān)系，使工件產(chǎn)生加工誤差。熱變形對加工精度影響較大，特別是在精密加工和大件加工中，熱變形所引起的加工誤差通常會占到工件加工總誤差的40%～70%。隨著高精度、高效率及自動化加工技術(shù)的發(fā)展，工藝系統(tǒng)熱變形問題日益突出。ControlTechnology—Okuma's Thermal Active Stabilizer has two components:Spindle (TAS-S) and Construction (TAS-C) 正是通過熱補(bǔ)償來將被破壞了的刀具與工件的正確位置盡可能地恢復(fù)到位。
當(dāng)然，除了熱作用，還有振動，夾具定位誤差等，也會影響加工誤差。但它們暫時不在我討論之列。

作者: 與燕同飛 時間: 2015-1-18 21:56
學(xué)習(xí)

作者: 紫ug 時間: 2015-1-19 20:30
新人

作者: 天涯小小刀 時間: 2015-1-29 10:01
通過用微米級重復(fù)定位精度的高精度觸摸傳感器來進(jìn)行熱位移檢測可以嗎？
上個圖，我們公司有類似產(chǎn)品，不過圖不是我們的，先說下

作者: 天涯小小刀 時間: 2015-1-29 11:20
看到我最新的回復(fù)了嗎？我想探討下國內(nèi)用這種接觸式傳感器定位來補(bǔ)償?shù)目赡苄浴?hr noshade size="2" width="100%" color="#808080"> 作者: 18066123353 時間: 2015-1-31 16:58
曖機(jī)

作者: m-人來人往 時間: 2015-1-31 21:12
樓主都說的很全了，只差實(shí)際實(shí)驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)。
學(xué)習(xí)了

作者: 天涯小小刀 時間: 2015-2-2 17:09

天涯小小刀發(fā)表于 2015-1-29 10:01 . a/ a: P: K1 s4 P) a! I3 }
通過用微米級重復(fù)定位精度的高精度觸摸傳感器來進(jìn)行熱位移檢測可以嗎？
3 ?, z% C5 Z+ Z; V3 C+ [上個圖，我們公司有類似產(chǎn)品，不過 ...

5μ秒反應(yīng)時間，你是說這個嗎？

作者: 探索號QM 時間: 2015-2-3 04:48

天涯小小刀發(fā)表于 2015-2-2 17:09 / y# y& L' K6 s: T/ k, R# A
5μ秒反應(yīng)時間，你是說這個嗎？

作出熱補(bǔ)償?shù)那疤釕?yīng)該是準(zhǔn)確測量熱變形。否則無法做到正確及時的糾正。相信很多制造商已經(jīng)有了實(shí)際應(yīng)用的對策。

作者: 天涯小小刀 時間: 2015-2-3 09:33

探索號QM 發(fā)表于 2015-2-3 04:48 / c- l0 f/ E6 l* z
作出熱補(bǔ)償?shù)那疤釕?yīng)該是準(zhǔn)確測量熱變形。否則無法做到正確及時的糾正。相信很多制造商已經(jīng)有了實(shí)際應(yīng)用的 ...

是有很多方法。

有篇文章看到
1、降低溫升
2、合理結(jié)構(gòu)
3、改變材料
4、熱補(bǔ)償
4.1 縮短熱平衡時間
4.1.1 高速開空車
4.1.2 適當(dāng)位置人工熱源
4.2 自動補(bǔ)償

作者: 16443 時間: 2015-2-3 14:44
據(jù)我了解，目前熱誤差補(bǔ)償最好的就是在線實(shí)時熱誤差補(bǔ)償技術(shù)。
該技術(shù)已經(jīng)在高靜設(shè)備上有些應(yīng)用，通過預(yù)置熱傳感器實(shí)時測量機(jī)床各測點(diǎn)的溫度，利用CNC系統(tǒng)內(nèi)嵌的誤差補(bǔ)償模型，實(shí)時控制多軸的運(yùn)動進(jìn)行誤差補(bǔ)償。
國內(nèi)這方面已經(jīng)進(jìn)行了很多研究，如上海交大的楊建國，他曾申請了國家課題專門研究熱誤差補(bǔ)償。

作者: 1121851560 時間: 2015-2-3 20:51
MORISEIKI 公司絲杠有通孔循環(huán)冷卻油循環(huán) 能保證絲杠不產(chǎn)生溫升

作者: 253129071 時間: 2015-2-3 22:11
中國要去做這個的話還是算了吧，到頭來還是花錢引進(jìn)技術(shù)的，落后太多了，追不上的

作者: ValleyViews 時間: 2015-2-5 02:40

天涯小小刀發(fā)表于 2015-2-3 09:33
& G+ v- a2 L3 Y; X是有很多方法。
' Y# e8 i8 L$ |/ |
% j- Q3 }. {* I) {有篇文章看到

“適當(dāng)位置人工熱源” 這一說有點(diǎn)像 Okuma 的“與熱共舞” 的概念。

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