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功能部件设计
FUNCTIONAL PART DESIGN
主轴伸长量补偿在高速数控机床上的应用
Application of Compensation for Spindle Elongation in High-speed NC Machine Tool
北京航空制造工程研究所石敏高诚
成都飞机工业(集团)有限责任公司毛显军
摘要]文章设计并实现了高速数控机床主轴仲胀伸长会造成表面切削精度的变化,其主要原因有二
长量的实时补偿;分析了补偿的原理,提出了补偿的具
是运转时受转速升高而引起的离心力影响,会使刀柄
体措施和实现方法,给出了补偿的PILC控制程序,并用向下伸长;二是运转时温度上升引起的热膨胀导致主轴
系列的试验数据证明了补偿的有效性。这种方法在轴向的热变形。
实际机床应用中提高了机床的加工精度,具有广泛的推
通常情况下,为了使机床的热变形达到稳定数值,
广价值。
需要花费很多时间来预热机床,这直接影响了机床的生
关键词:主轴伸长实时补偿数控机床高速产率。对于数控机床来说,因为全部加工尺寸是由预先
加工精度
编制的指令控制的,主轴轴向变形的影响就更为严重。
ABSTRACT] The compensation system for the减小主轴变形有两种方法:一是减小热变形,二是对变
spindle elongation of high- speed NC machine tool is de-形进行补偿。
signed and implemented in this paper. The analysis of high-1.1减小热変形
speed spindle elongation principle is presented. And the
主轴部件是直接影响加工精度的关键部件,主轴上
specific measures and implementing methods of axis com-的轴承又是一个很大的内部热源。在数控机床的设计
pensation are put forward, and PLC controlling program is中除了釆用精密滚动轴承并对轴承进行油雾润滑外,还
made. Test data shows the feasibility of this compensation可采用静压轴承,这些措施都有利于降低主轴的温升。
method. Application of this method improves the machin-另外对主轴(特别是电主轴)进行中心冷却是重要措施
ing precision, and this method can be promoted widely
之一。通常采用油冷机或水冷机进行中心冷却,冷却过
Keywords:: Spindle elongation Real-time com-程中根据主轴需求设置为恒温模式。但是在对主轴轴
pensation NC machine tool High- speed machining承进行油气润滑及中心冷却的同时,主轴仍有一定的热
precision
变形,主要表现为轴向伸长。
1.2对伸长量进行补偿
工艺过程的自动化和精密加工的发展对机床的加
主轴在旋转加工过程中,在冷却及润滑状态良好的
工精度及其稳定性提出了越来越高的要求。传统的滚情况下,仍具有一定的会影响精度的伸长量,因此考虑
动轴承主轴结构难以满足数控机床的高转速、高精度要通过添加传感器进行变形补偿。
求,而电主轴把机床主轴传动链的长度缩短为零,使机
设计初期由于主轴变形与温度有关,所以考虑用温
床具有结构紧凑、重量轻、惯性小、响应快、机械效率高、度传感器进行测量,但在实际切削加工时,不同的刀具
回转精度高等特点。已成为高速加工机床最重要的功在不同转速下所引起的离心力不同,伸长量也因此而不
能部件之一,在现代数控机床中获得了愈来愈广泛的应同。同时当刀具接触到工件时,不同的切削力会相对抵
用。然而,随着主轴转速和进给速度的提高也会引发
消离心力的影响,因此主轴的伸长量不是一个常数,含
些负面影响,如电主轴的振动、变形等因素成为影响加有“相对”因素在内。如果使用温度传感器对主轴伸长
工精度的重要原因。这些问题的解决成为实现高速、高量进行补偿就无法切实解决主轴伸长量问题。针对这
精加工的关键。针对主轴变形的问题本文分析了它种变形,本文采用位移传感器对主轴伸长量进行检测并
的原因并对补偿措施进行了详细的论述。
实时补偿。
1主轴轴向变形的原因及抑制方法
2实时补尝的实现
数控机床使用主轴作切削动作时,主轴运转时的膨2.1原理
108航空制造技术?2010年第22期
万方数据