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温度对自动钻孔机和材料的影响


     我们都知道温度会影响材料,但是最终会如何影响我们的零件?表面上看来,要补偿的任务很简单。我们所要做的就是获取热膨胀系数(CTE),看一看温度计,然后将溶液溶解。好吧,还没有那么简单。在进行此计算之前,我们还需要考虑一些其他变量。以下是我们真正需要解决的变量:

  零件的CTE在同一零件中包含不同的材料,机器的CTE和反馈量表,机器中的几何形状随温度变化而变化,加工过程中产生的热量,以及通过切割冷却剂和润滑剂来增加或消除热量。在考虑了所有这些变量之后,我们必须确定要将零件标准化的温度。

  控制所有这些变量的交佳方法是什么?通常是消除它们。将机器和零件的环境温度设置为所需的标准化温度;让零件和机器在该温度下“浸泡” 24小时左右。使用已调至与正常环境相同温度的切削冷却液,然后监视这些条件并根据需要进行控制。但不是常态。我们通常看到的零件设计为在68°F或20°C时尺寸正确,在70°F至75F的加工环境中也是如此。部分CTE从1到13PPM。

  环境温度控制

  环境温度控制是较常见的方法,也是通常引用我们机器规格的方式。

  标准为+/- 1摄氏度或约3华氏度。钢的CTE约为7.3 ppm / F。对于10米的机器,在3华氏度的温度范围内,= .0073mm / m / 1F = .022mm / m / 3F = .22mm。如您所见,对于30英尺长的机器来说,这是一个很大的运动。飞机纵梁,直升机叶片,飞行控制器和许多其他零件非常大,并且必须加工成比这更严格的公差。控制得越紧密越好。

  同样,热量的类型也很重要。辐射热,对流热和传导热也会使材料发生不同的反应。我在这里不做详细介绍,但是阳光,烤箱,风扇,空调通风口发出的热量对机器的影响不同。一些制造商甚至会考虑使液态冷却剂流经机架和驱动组件,我们将在下面讨论。

自动钻孔机

  元件温度控制

  另一时间认可的方法是监视和控制组件温度。变速箱,电机,编码器和滚珠丝杠等物品也会随温度变化。多年来,甚至现在,都钻了滚珠丝杠,冷却液流过它们以控制其膨胀。过去和现在,螺母仍被装在冷却液套壳中,齿轮箱和电动机也被装在其中。所有现代主轴都是液体冷却的,或更准确地说是温度控制的。

  对于大型机器,可以并且可以使用其中一些方法。但是对于长轴(超过3米),滚珠丝杠不是一个很好的选择。通常使用齿轮齿条,而不是一体式的。这允许齿条随机器结构一起移动,而不必与两种不同的合金相互竞争。

  结构温度监控器

  这是一种使用现代电子设备监控结构温度并通过设备中设置的算法修改行进距离的方法。这种工作方式是沿机器轴设置多个温度传感器。该数据返回到控制箱,该控制箱修改编码器的脉冲信号长度,以校正机器结构中的热运动。该单元与机器控制器完全分开。温度传感器和机器的编码器均通过此框。然后修改编码器信号并将其发送回控制器。这是一个非常好的系统,但是要依靠两个非常重要的内容才能正确运行:

  (1)温度变化必须非常缓慢并且

  (2)必须来自对流热,即空气对物质。

  除此之外,还必须对该系统进行测试,测试和测试。不能仅将钢的CTE放入并获得良好的结果。对流热量和变化缓慢的原因是温度传感器只能补偿轴的整个长度,取所有传感器的平均值。我们可以在轴上放置100个传感器,但是如果一个区域很热而一个区域很冷,则该设备将仅对整个长度的温度进行平均,从而在某些区域会产生较差的结果。

  实时定位控制

  当前,这是处理长机器上温度变化的较佳方法。毫不奇怪,它也是迄今为止较昂贵的。该系统使用激光干涉仪来测量机器行进的距离。这也不是机器控制器的一部分。它是用于校准自动钻孔机的同一设备。不同之处在于,该激光器永久性地安装在机器上,并且始终实时在线。对于具有主从轴的龙门自动钻孔机,它需要两个系统来校正该轴的运动。它还可以校正温度梯度并进行自我校准。

  另一个变量

  在决定采用哪种方法之前,还必须考虑另一个变量:几何变化。上面提到的所有补偿系统都将校正自动钻孔机的轴位置。在伺服电机上,它不能100%校正影响刀具较终位置的自动钻孔机几何变化。幸运的是,较小的温度变化不会影响几何形状,但会产生较大的波动。让我举个例子吧。一台机器长20米。它被焊接到4英尺厚的地基上,与周围的混凝土绝缘并隔离,并嵌入了1英寸的钢板。在20米内,我们将有10条“腿”被放置在肩膀上。在肩上,我们有焊接在肩上的导轨,在轨道上,我们有轴承和伺服驱动电机。假设从早上到中午气温变化10度。我们可以说,太阳从晚上10点到下午2点只在一个肩膀上照进来,这会使事情变得更加复杂。在这一点上,我们有一条铁轨晒日光浴,另一根铁轨脱下他的早夹克,但我们的地基仍深埋在他的茧中。现在,我们有一堵墙扩展了1.5毫米,阳光普照的墙可能扩展了2或2.5毫米,而地基则完全没有变化。怎么了?我无法在这么长的机器上以及在这样的温度分布水平下进行测量。但是在我测得的较小的仪器上,就会发生这种情况。我们可以说,太阳从晚上10点到下午2点只在一个肩膀上照进来,这会使事情变得更加复杂。在这一点上,我们有一条铁轨晒日光浴,另一根铁轨脱下他的早夹克,但我们的地基仍深埋在他的茧中。现在,我们有一堵墙扩展了1.5毫米,阳光普照的墙可能扩展了2或2.5毫米,而地基则完全没有变化。怎么了?我无法在这么长的机器上以及在这样的温度分布水平下进行测量。但是在我测得的较小的仪器上,就会发生这种情况。我们可以说,太阳从晚上10点到下午2点只在一个肩膀上照进来,这会使事情变得更加复杂。在这一点上,我们有一条铁轨晒日光浴,另一根铁轨脱下他的早夹克,但我们的地基仍深埋在他的茧中。现在,我们有一堵墙扩展了1.5毫米,阳光普照的墙可能扩展了2或2.5毫米,而地基则完全没有变化。怎么了?我无法在这么长的机器上以及在这样的温度分布水平下进行测量。但是在我测得的较小的仪器上,就会发生这种情况。5毫米和完全不变的基础。怎么了?我无法在这么长的机器上以及在这样的温度分布水平下进行测量。但是在我测得的较小的仪器上,就会发生这种情况。5毫米和完全不变的基础。怎么了?我无法在这么长的机器上以及在这样的温度分布水平下进行测量。但是在我测得的较小的仪器上,就会发生这种情况。

  本身作为变量

  如前所述,我们还需要考虑这一部分。机器的CTE将具有一个值,并且零件的可能相差很大。我们该如何补偿?理想的情况是将机器和零件设置在所需的温度下并保持非常紧密的温度。但是,如果标称温度为68F,并且机器和零件的温度为72F,该怎么办?此时有几种选择。如果要将机器小心地保持在该温度下,我们可以使用材料的CTE将机器校准到72°F的正确尺寸。对于这种情况,这是一个很好的解决方案。现在,如果环境变为77F怎么办?机器的CTE将使其扩展30毫米英寸,而部件将扩展10毫米英寸。我们现在干什么?我们有两种选择。我们可以通过使用零件的CTE将机器重新校准到新的环境。我们还可以通过从机器的运动中减去零件的运动来缩放零件的程序,并计算总尺寸的比例。或者我们可以放置我们一直在讨论的有源机器补偿设备之一。

  线性比例控制选项

  还有一种简单,有效且便宜的设备,CMS目前正在使用它来纠正所有这些疯狂的动作。在介绍这种出色的解决方案之前,我必须提到,目前仅适用于3米以下的较小长度的轴。该设备是线性标尺,具有与被切割材料相同的CTE。如前所述,我们可用于控制的选项是环境,零件,机器或反馈设备。在这种情况下,标尺将由具有与零件相同的CTE的材料制成,而机器将被允许以任何速率扩展和收缩,而反馈装置将仅使机器移动其读取的距离。我们这里的另一个选择是将秤与机器运动隔离开,并仅控制秤内部或周围的环境。这是CMS采取的方法。我们使用钢带秤,该钢带秤安装在与机器机械隔离的外壳内部,并且控制外壳内部的温度。这样,无论外部条件如何,始终可以正确校准机器。现在仍然需要考虑零件运动,但是这给了我们更少的变量来考虑。

  我希望这能给您更多有关可用系统的信息,以及较好的选择是什么,以帮助保持定位精度。

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