基于工件尺寸的数控机床热误差建模与补偿

发布时间：2021-09-07 01:27

　　工件精度一直是制造企业的第一要务。在大批量生产的情况下,工件尺寸的超差以及加工工序的过程能力指数(C_pk)偏低主要受热误差影响。基于C_pk分析,提出了一种新的关键温度点的选择方法。基于关键温度点的温度数据和直接源自生产线的工件尺寸数据,构建了数控机床主轴径向热误差模型。该模型的补偿效果显著,补偿后的工件尺寸均符合技术规范的要求,工件内径距离中心值的最大值由12μm减小至6μm,C_pk由补偿前的0.82提高至1.48。 

【文章来源】：机械设计与研究. 2020,36(05)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

立式加工中心结构示意图

可以看出,随着加工过程的进行,工件内径呈现出逐渐变小的趋势。工件内径的变化范围在45.588 mm至45.607 mm之间,并且有超差的现象。内径距离中心值的最大值(MD)为12 μm。该钻孔工序的Cpk为0.82,远低于1.33的最低要求(即Cpk评级达到良以上)。Cpk是指过程能力满足产品质量标准要求的程度,是指工序在一定时间里,处于控制状态下的实际加工能力。Cpk源于六西格玛管理,在不断追求高精度的工业制造领域已得到普遍应用。Cpk的计算如公式(2)所示[14],其中μ为过程均值,σ为标准偏差。C pk = min { USL-μ 3σ , μ-LSL 3σ } (2)

由于温度的采集是在每次工件加工之后进行,因此可以得到温度数据与工件尺寸一一对应的关系,如图3所示。为了更好的体现工件内径与温度变化的关系,图3中所使用的温度数据为各点温度相对于室温的变化值,即△Ti,如公式(3)所示。其中△T7的变化最大,为4.36 ℃。R(T)的变化范围在-12 μm ～7 μm之间。当停机发生时,机床系统整体温度降低,工件的内径尺寸则有明显增大的现象,这表明工件内径尺寸的变化与机床热变形之间有着直接的关联。Ti= Ti-T1 (3)


本文编号：3388578