前言:
隨著航空技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代航空結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)整體化、大型化、復雜化、精度要求高的特點,這些特點對加工設(shè)備的加工范圍及加工精度提出了更高的要求,五軸CNC龍門加工中心較好的滿足了上述要求,日趨成為現(xiàn)代航空結(jié)構(gòu)件的主力加工設(shè)備,但同時五軸CNC龍門加工中心因為結(jié)構(gòu)尺寸較大,運動行程長等原因,其加工精度容易受到溫度變化的影響。大量研究表明,溫度變化所產(chǎn)生的熱誤差已經(jīng)是大型龍門加工中心最大的誤差源,占該類加工中心總誤差的40%?70%[1’2’71。針對CNC加工中心的熱誤差,國內(nèi)外學者開展了大量的研究工作并取得了相應的成果,總體來看,目前對熱誤差的補償方法主要有三種:溫度控制法,通過控制環(huán)境溫度來減少加工中心熱誤差,措施包括增加保溫系統(tǒng)、恒溫倉等;熱穩(wěn)定設(shè)計法,通過采用新材料、新工藝來減少加工中心在溫度變化時所產(chǎn)生的熱誤差;熱誤差補償法,通過檢測溫度與熱誤差,建立熱誤差模型通過軟件進行實時補償。針對已投產(chǎn)的加工中心,難以重新進行熱穩(wěn)定設(shè)計,而溫度控制需要搭建恒溫倉等,成本相對較高,尤其對于大型CNC機床,因此通過軟件進行補償?shù)臒嵴`差補償法成為加工中心行業(yè)的研究熱點[3-5],但該方法在實施過程中,需要在原機床上布置傳感器及線纜,開發(fā)相應的軟件系統(tǒng),對加工中心的正常生產(chǎn)造成一定的影響。
本文立足于生產(chǎn)環(huán)境,在對加工中心正常加工生產(chǎn)影響最小的前提下,提出了一種基于SIEMENS 840DCNC系統(tǒng)框架功能的CNC龍門加工中心工作臺熱誤差檢測及補償方法。
某CNC龍門加工中心為橫梁固定、工作臺移動式龍門銑床,該加工中心工作臺尺寸為1〇〇〇〇_X3000mm,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
生產(chǎn)過程中某一時間段內(nèi)通過復查工件原點得出的該加工中心熱誤差情況如表1所示。
由圖1加工中心結(jié)構(gòu)示意圖和表1熱誤差測量結(jié)果可見,由于工作臺長度達到10米,且工作臺在x軸行程為;! 〇米,該加工中心X軸方向熱誤差為最大熱誤差,該加工中心x軸工作臺及位置檢測反饋的構(gòu)成如圖2所示。通過分析X軸位置檢測反饋及工作臺構(gòu)成,可以得出如下結(jié)論:復查工件原點方式所表現(xiàn)的X向熱誤差產(chǎn)生的原因為工作臺受溫度影響熱變形及光柵尺受溫度影響所導致的熱伸縮量的綜合。本文主耍對由于該原因所導致的龍門加工中心的熱誤差進行補償。
為了檢測環(huán)境溫度變化時,工作臺本身的熱伸縮量,在滿足相應檢測精度的前提下,并同時考慮實際生產(chǎn)使用中的快捷性、方便性、可靠性,本文通過在工作臺兩端安裝標準環(huán),環(huán)境溫度變化時,使用加工中心配備的測頭系統(tǒng)進行兩標準環(huán)位置檢測,檢測值與環(huán)境溫度變化前的檢測值進行比較,得出該加工中心x軸熱誤差值,標準環(huán)位置檢測示意圖如圖3所示。
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結(jié)束語:
本補償方法利用加工中心測頭系統(tǒng)進行熱誤差的檢測,根據(jù)測量值計算得出工作臺的熱伸縮量及熱偏移量,充分利用SIEMENS 840D系統(tǒng)提供的框架轉(zhuǎn)換變量,實現(xiàn)環(huán)境溫度變化情況下龍門加工中心工作臺熱誤差的檢測與補償。
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