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龙门磨床的机床精度稳定性问题分析

2019-08-14
   龙门磨床的机床精度稳定性问题分析
  影响磨床精度稳定性的主要原因为:机床基础件材质自身的应力变形、载荷变化引起的受力变形和温度场变化引起的热变形。因此提高龙门磨床精度的稳定性,应从以下三个方面进行深入的分析及研究:
  1.大型龙门磨床基础零件的材料选择基本上是铸铁,部分厂家也有选择焊接钢构件,两种材料内部组织的优劣直接影响零件结构强度及刚性,同时在制造过程中又不同程度的存在铸造应力、焊接应力及加工应力。由于各种应力的随机变化,直接影响机床的几何精度发生改变。因此对于大型龙门磨床设计与制造,应开展机床基础零件材料性能的研究,从材料的组织结构及性能的研究上有所突破,同时应深入开展对各种因素产生的应力进行有效处理的工艺技术研究,例如通过各种有效的人工时效处理去除零件应力变形。
  2.机床的几何精度受其上零件载荷力影响较大,而解决该问题需从机床整机静动态特性分析上着手研究。长期以来国内机床设计过程是“经验设计-样机试制-样机测试-改进设计”,这种“感性设计”不仅设计周期长、研制费用高,同时并未从理性上对机床结构刚性进行系统分析,造成大部分机床出现问题后只能修修补补进行事后改进设计,并未从根本上解决问题。目前随着现代化数字设计技术的发展,在机床设计上开展数字化设计的技术研究是势在必行的。
  3.有研究表明,温度场变化引起的机床热变形误差占机床独立误差的40%-70%。温度场变化包括机床环境温度变化和机床内部热源温度变化,铸铁的热膨胀系数约为10μm/m℃,以磨削长度为16m的龙门导轨磨床为例,床身上下温差变化0.1℃,其导轨凹凸变化量约为160μm,反映到16m长度工件上的直线度变化量可以达到40-80μm,由此可见,热变形对运动导轨直线度的影响相当大。要减小热变形对机床精度的影响,在机床结构设计时要进行热态优化设计,如采用热膨胀系数低的新型材料、采用对称结构、避开热变形敏感方向、考虑隔热、散热措施等,同时采用冷却、辅助热源等方式对机床热源进行温度控制。热误差补偿技术的应用也有助于减小热变形,其关键在于热误差模型的建立和误差补偿策略的选择。热误差补偿一般采用事后补偿,首先通过各种检测手段对机床加工时产生的误差进行测量,然后根据已建立的误差补偿模型进行误差补偿计算,将计算结果反馈给数控系统来补偿热误差。

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