我們都知道溫度會(huì)影響材料，但是最終會(huì)如何影響我們的零件?表面上看來(lái)，要補(bǔ)償?shù)娜蝿?wù)很簡(jiǎn)單。我們所要做的就是獲取熱膨脹系數(shù)(CTE)，看一看溫度計(jì)，然后將溶液溶解。好吧，還沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。在進(jìn)行此計(jì)算之前，我們還需要考慮一些其他變量。以下是我們真正需要解決的變量：
零件的CTE在同一零件中包含不同的材料，機(jī)器的CTE和反饋量表，機(jī)器中的幾何形狀隨溫度變化而變化，加工過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，以及通過(guò)切割冷卻劑和潤(rùn)滑劑來(lái)增加或消除熱量。在考慮了所有這些變量之后，我們必須確定要將零件標(biāo)準(zhǔn)化的溫度。
控制所有這些變量的交佳方法是什么?通常是消除它們。將機(jī)器和零件的環(huán)境溫度設(shè)置為所需的標(biāo)準(zhǔn)化溫度;讓零件和機(jī)器在該溫度下“浸泡” 24小時(shí)左右。使用已調(diào)至與正常環(huán)境相同溫度的切削冷卻液，然后監(jiān)視這些條件并根據(jù)需要進(jìn)行控制。但不是常態(tài)。我們通常看到的零件設(shè)計(jì)為在68°F或20°C時(shí)尺寸正確，在70°F至75F的加工環(huán)境中也是如此。部分CTE從1到13PPM。
環(huán)境溫度控制
環(huán)境溫度控制是較常見(jiàn)的方法，也是通常引用我們機(jī)器規(guī)格的方式。
標(biāo)準(zhǔn)為+/- 1攝氏度或約3華氏度。鋼的CTE約為7.3 ppm / F。對(duì)于10米的機(jī)器，在3華氏度的溫度范圍內(nèi)，= .0073mm / m / 1F = .022mm / m / 3F = .22mm。如您所見(jiàn)，對(duì)于30英尺長(zhǎng)的機(jī)器來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)很大的運(yùn)動(dòng)。飛機(jī)縱梁，直升機(jī)葉片，飛行控制器和許多其他零件非常大，并且必須加工成比這更嚴(yán)格的公差?？刂频迷骄o密越好。
同樣，熱量的類(lèi)型也很重要。輻射熱，對(duì)流熱和傳導(dǎo)熱也會(huì)使材料發(fā)生不同的反應(yīng)。我在這里不做詳細(xì)介紹，但是陽(yáng)光，烤箱，風(fēng)扇，空調(diào)通風(fēng)口發(fā)出的熱量對(duì)機(jī)器的影響不同。一些制造商甚至?xí)紤]使液態(tài)冷卻劑流經(jīng)機(jī)架和驅(qū)動(dòng)組件，我們將在下面討論。
元件溫度控制
另一時(shí)間認(rèn)可的方法是監(jiān)視和控制組件溫度。變速箱，電機(jī)，編碼器和滾珠絲杠等物品也會(huì)隨溫度變化。多年來(lái)，甚至現(xiàn)在，都鉆了滾珠絲杠，冷卻液流過(guò)它們以控制其膨脹。過(guò)去和現(xiàn)在，螺母仍被裝在冷卻液套殼中，齒輪箱和電動(dòng)機(jī)也被裝在其中。所有現(xiàn)代主軸都是液體冷卻的，或更準(zhǔn)確地說(shuō)是溫度控制的。
對(duì)于大型機(jī)器，可以并且可以使用其中一些方法。但是對(duì)于長(zhǎng)軸(超過(guò)3米)，滾珠絲杠不是一個(gè)很好的選擇。通常使用齒輪齒條，而不是一體式的。這允許齒條隨機(jī)器結(jié)構(gòu)一起移動(dòng)，而不必與兩種不同的合金相互競(jìng)爭(zhēng)。
結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)控器
這是一種使用現(xiàn)代電子設(shè)備監(jiān)控結(jié)構(gòu)溫度并通過(guò)設(shè)備中設(shè)置的算法修改行進(jìn)距離的方法。這種工作方式是沿機(jī)器軸設(shè)置多個(gè)溫度傳感器。該數(shù)據(jù)返回到控制箱，該控制箱修改編碼器的脈沖信號(hào)長(zhǎng)度，以校正機(jī)器結(jié)構(gòu)中的熱運(yùn)動(dòng)。該單元與機(jī)器控制器完全分開(kāi)。溫度傳感器和機(jī)器的編碼器均通過(guò)此框。然后修改編碼器信號(hào)并將其發(fā)送回控制器。這是一個(gè)非常好的系統(tǒng)，但是要依靠?jī)蓚€(gè)非常重要的內(nèi)容才能正確運(yùn)行：
(1)溫度變化必須非常緩慢并且
(2)必須來(lái)自對(duì)流熱，即空氣對(duì)物質(zhì)。
除此之外，還必須對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試和測(cè)試。不能僅將鋼的CTE放入并獲得良好的結(jié)果。對(duì)流熱量和變化緩慢的原因是溫度傳感器只能補(bǔ)償軸的整個(gè)長(zhǎng)度，取所有傳感器的平均值。我們可以在軸上放置100個(gè)傳感器，但是如果一個(gè)區(qū)域很熱而一個(gè)區(qū)域很冷，則該設(shè)備將僅對(duì)整個(gè)長(zhǎng)度的溫度進(jìn)行平均，從而在某些區(qū)域會(huì)產(chǎn)生較差的結(jié)果。
實(shí)時(shí)定位控制
當(dāng)前，這是處理長(zhǎng)機(jī)器上溫度變化的較佳方法。毫不奇怪，它也是迄今為止較昂貴的。該系統(tǒng)使用激光干涉儀來(lái)測(cè)量機(jī)器行進(jìn)的距離。這也不是機(jī)器控制器的一部分。它是用于校準(zhǔn)自動(dòng)鉆孔機(jī)的同一設(shè)備。不同之處在于，該激光器永久性地安裝在機(jī)器上，并且始終實(shí)時(shí)在線(xiàn)。對(duì)于具有主從軸的龍門(mén)自動(dòng)鉆孔機(jī)，它需要兩個(gè)系統(tǒng)來(lái)校正該軸的運(yùn)動(dòng)。它還可以校正溫度梯度并進(jìn)行自我校準(zhǔn)。
另一個(gè)變量
在決定采用哪種方法之前，還必須考慮另一個(gè)變量：幾何變化。上面提到的所有補(bǔ)償系統(tǒng)都將校正自動(dòng)鉆孔機(jī)的軸位置。在伺服電機(jī)上，它不能100%校正影響刀具較終位置的自動(dòng)鉆孔機(jī)幾何變化。幸運(yùn)的是，較小的溫度變化不會(huì)影響幾何形狀，但會(huì)產(chǎn)生較大的波動(dòng)。讓我舉個(gè)例子吧。一臺(tái)機(jī)器長(zhǎng)20米。它被焊接到4英尺厚的地基上，與周?chē)幕炷两^緣并隔離，并嵌入了1英寸的鋼板。在20米內(nèi)，我們將有10條“腿”被放置在肩膀上。在肩上，我們有焊接在肩上的導(dǎo)軌，在軌道上，我們有軸承和伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)。假設(shè)從早上到中午氣溫變化10度。我們可以說(shuō)，太陽(yáng)從晚上10點(diǎn)到下午2點(diǎn)只在一個(gè)肩膀上照進(jìn)來(lái)，這會(huì)使事情變得更加復(fù)雜。在這一點(diǎn)上，我們有一條鐵軌曬日光浴，另一根鐵軌脫下他的早夾克，但我們的地基仍深埋在他的繭中?，F(xiàn)在，我們有一堵墻擴(kuò)展了1.5毫米，陽(yáng)光普照的墻可能擴(kuò)展了2或2.5毫米，而地基則完全沒(méi)有變化。怎么了?我無(wú)法在這么長(zhǎng)的機(jī)器上以及在這樣的溫度分布水平下進(jìn)行測(cè)量。但是在我測(cè)得的較小的儀器上，就會(huì)發(fā)生這種情況。我們可以說(shuō)，太陽(yáng)從晚上10點(diǎn)到下午2點(diǎn)只在一個(gè)肩膀上照進(jìn)來(lái)，這會(huì)使事情變得更加復(fù)雜。在這一點(diǎn)上，我們有一條鐵軌曬日光浴，另一根鐵軌脫下他的早夾克，但我們的地基仍深埋在他的繭中?，F(xiàn)在，我們有一堵墻擴(kuò)展了1.5毫米，陽(yáng)光普照的墻可能擴(kuò)展了2或2.5毫米，而地基則完全沒(méi)有變化。怎么了?我無(wú)法在這么長(zhǎng)的機(jī)器上以及在這樣的溫度分布水平下進(jìn)行測(cè)量。但是在我測(cè)得的較小的儀器上，就會(huì)發(fā)生這種情況。我們可以說(shuō)，太陽(yáng)從晚上10點(diǎn)到下午2點(diǎn)只在一個(gè)肩膀上照進(jìn)來(lái)，這會(huì)使事情變得更加復(fù)雜。在這一點(diǎn)上，我們有一條鐵軌曬日光浴，另一根鐵軌脫下他的早夾克，但我們的地基仍深埋在他的繭中。現(xiàn)在，我們有一堵墻擴(kuò)展了1.5毫米，陽(yáng)光普照的墻可能擴(kuò)展了2或2.5毫米，而地基則完全沒(méi)有變化。怎么了?我無(wú)法在這么長(zhǎng)的機(jī)器上以及在這樣的溫度分布水平下進(jìn)行測(cè)量。但是在我測(cè)得的較小的儀器上，就會(huì)發(fā)生這種情況。5毫米和完全不變的基礎(chǔ)。怎么了?我無(wú)法在這么長(zhǎng)的機(jī)器上以及在這樣的溫度分布水平下進(jìn)行測(cè)量。但是在我測(cè)得的較小的儀器上，就會(huì)發(fā)生這種情況。5毫米和完全不變的基礎(chǔ)。怎么了?我無(wú)法在這么長(zhǎng)的機(jī)器上以及在這樣的溫度分布水平下進(jìn)行測(cè)量。但是在我測(cè)得的較小的儀器上，就會(huì)發(fā)生這種情況。
本身作為變量
如前所述，我們還需要考慮這一部分。機(jī)器的CTE將具有一個(gè)值，并且零件的可能相差很大。我們?cè)撊绾窝a(bǔ)償?理想的情況是將機(jī)器和零件設(shè)置在所需的溫度下并保持非常緊密的溫度。但是，如果標(biāo)稱(chēng)溫度為68F，并且機(jī)器和零件的溫度為72F，該怎么辦?此時(shí)有幾種選擇。如果要將機(jī)器小心地保持在該溫度下，我們可以使用材料的CTE將機(jī)器校準(zhǔn)到72°F的正確尺寸。對(duì)于這種情況，這是一個(gè)很好的解決方案。現(xiàn)在，如果環(huán)境變?yōu)?7F怎么辦?機(jī)器的CTE將使其擴(kuò)展30毫米英寸，而部件將擴(kuò)展10毫米英寸。我們現(xiàn)在干什么?我們有兩種選擇。我們可以通過(guò)使用零件的CTE將機(jī)器重新校準(zhǔn)到新的環(huán)境。我們還可以通過(guò)從機(jī)器的運(yùn)動(dòng)中減去零件的運(yùn)動(dòng)來(lái)縮放零件的程序，并計(jì)算總尺寸的比例?；蛘呶覀兛梢苑胖梦覀円恢痹谟懻摰挠性礄C(jī)器補(bǔ)償設(shè)備之一。
線(xiàn)性比例控制選項(xiàng)
還有一種簡(jiǎn)單，有效且便宜的設(shè)備，CMS目前正在使用它來(lái)糾正所有這些瘋狂的動(dòng)作。在介紹這種出色的解決方案之前，我必須提到，目前僅適用于3米以下的較小長(zhǎng)度的軸。該設(shè)備是線(xiàn)性標(biāo)尺，具有與被切割材料相同的CTE。如前所述，我們可用于控制的選項(xiàng)是環(huán)境，零件，機(jī)器或反饋設(shè)備。在這種情況下，標(biāo)尺將由具有與零件相同的CTE的材料制成，而機(jī)器將被允許以任何速率擴(kuò)展和收縮，而反饋裝置將僅使機(jī)器移動(dòng)其讀取的距離。我們這里的另一個(gè)選擇是將秤與機(jī)器運(yùn)動(dòng)隔離開(kāi)，并僅控制秤內(nèi)部或周?chē)沫h(huán)境。這是CMS采取的方法。我們使用鋼帶秤，該鋼帶秤安裝在與機(jī)器機(jī)械隔離的外殼內(nèi)部，并且控制外殼內(nèi)部的溫度。這樣，無(wú)論外部條件如何，始終可以正確校準(zhǔn)機(jī)器?，F(xiàn)在仍然需要考慮零件運(yùn)動(dòng)，但是這給了我們更少的變量來(lái)考慮。
我希望這能給您更多有關(guān)可用系統(tǒng)的信息，以及較好的選擇是什么，以幫助保持定位精度。
