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当前位置: 首页 > 新闻频道 > 安装调试 > CA6140车床主轴箱热变形测试系统
CA6140车床主轴箱热变形测试系统
来源:中国数控机床网   发表时间:2019-3-17 17:11:00  浏览次数:
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在机械加工过程中,由于各种内在因素和外在因素的影响致使机床的温度不断变化,由温度的变化引起的机床及其工艺系统产生热变形,因而引起加工误差;据统计,在现代机床上被加工工件的制造误差中,因热变形所引起的误差高达50%在精密加工中约占40%~70%,而机床热变形引起的加工误差占25~75%;对车床而言,主要热源来自主轴箱,它发热多,温升高,导致箱体与床身的变形翘曲,使主轴产生热位移与热倾斜,影响产品的加工精度,所以本文以CA6140车床为研究对象,着重探讨其主轴箱热变形的测试方法。

 

  1问题的简化主轴箱影响加工质量的主要原因是主轴轴线对床身的倾斜,而引起主轴箱倾斜的原因在于前后箱壁由于温升所引起的壁面方向位移不等;由于前后箱壁的厚度比长宽小得多,加上金属导热比较快,因而可近似认为稳定时厚度方向温度不变,温度只沿长宽方向变化,这样就把三维空间温度场简化为二维平面温度场。

  二维平面、无内热源稳定温度场导热方程为:可用解析法和数值计算法求解温度场,从而计算热变形。但是,我们发现,为了准确反映主轴箱部件的不同位置温度变化情况,通常测试点达50甚至1⑴点之多,而且测点布置应能反映温度场真实情况,这往往要求把箱壁分割成有限数目的网格单元,而在主轴孔四周应有均布节点,且遵循外疏、内密原则分布;显然,测试工作量大,受人为干扰因素多。

  在研究的重点是主轴箱热变形对工件加工精度影响的情况下,可以将问题进一步简化。首先,基于和讨论稳态温度场时的同样考虑,将三维的热位移问题简化为弹性力学平面应力问题;针对主轴箱热变形后引轴前端和后端呢不等的情况它具体测轴前端和后端的升高量,再根据其余有关参量,即可计算出因主轴箱热变形而引起的主轴倾斜量。

  2测试方案及硬件组成传统的测量机床主轴箱热变形的方法是使用一次仪表,直接读取被测点的温度值和位移值这种方法简单直接,但费时费力,测量精度受人为因素影响较大,精度较低,因此拟采用微机进行自动测试,并进行数据处理、打印表格、绘制曲线、自动显示测试结果等。测试方法借鉴车床主轴锥孔中心线的径向跳动的检测方法,在主轴锥孔内安一检验棒,在近主轴端及远主轴端的水平方向和垂直方向各安放两个位移传感器,将四路位移模拟量通过信号调理器(主要是低通滤波,抑制干扰噪声信号的高频分量),然后经数据采集卡将模拟信号转变成数字信号输入计算机,微机对采集的数据进行实时分析处理,最后给出反映机床主轴箱热变形的分析结果,以数据或图表的形式在微机上显示出来或联机打印结果。测试系统总体结构框图如所示。

  CA6140主轴箱检验棒检验棒:用热膨胀系数极小的镍铁合金制成,安装在机床主轴孔内。

  位移传感器:采用电涡流传感器,型号为CZF― 1000型,并配以BZF―1型变换器,将位移值成线性转变为电压值输出,其输出电压为0~10V,因而不必放大就直接进入A板卡;图中1、2为水平方向电涡流位移传感器,3、4为垂直方向电涡流位移传感器,这种传感器能克服电容式传感器的非线性、泄漏电容、分布电容的影响,测量范围广、线性范围,大、体积小,抗干扰能力强,安装和调整方便,受周打印机数据采集卡围环境温度影响小,不受环境的油污、水质之类介质理即可生成过滤曲线,它适于对周期数据的处理。图影响。

  数据采集卡:采用台湾研华公司的PCL据采集卡,其为8路12位AD1路12位DA16个数字量输入及16个数字量输出,并提供多路开关及继电器控制等,完全能够满足系统功能和扩展功能要求。

  3软件系统设计本测试软件采用以VisualBasic6. 0作为主控程序和界面的多种语言混合编程方法和模块化设计思想,使得程序结构清晰,各模块均完成一个独立的功能,便于系统的功能扩展与维护。根据其实现功能,主要包括初始化模块、主控模块、数据采集、数据处理、显示及其它辅助功能等模块。软件系统的模块结构框图如所示。

  编制人机交互界面,并作为测试软件的主控程序,完成系统初始化设置、调用其它功能模块、人机交互、报警等辅助功能,负责整个系统的监控和软件系统模块功能图管理。

  考虑到VB不具备直接对硬件IO地址进行访问的函数,为了实现动态数据采集和处理,用VC 5.0编制对硬件端口访问的DLL函数,然后由VB主程序调用,从而实现对1口的访问和控制,既能保留VB设计界面的灵活和快捷友好,又能发挥DLL在3是采用微分过滤法处理数据所得到的曲线被VB调用的图形显示示例。(显示为第四通道)过滤曲线的生成示例B.多项式曲线的生成:MATLAB利用polyfit和poyval两个函数来对采集的数据进行多项式拟合,并采用多项式回归处理;拟合次数的选择应考虑拟合优度和数值特性,不宜太高或太低,应根据实际情况选择适当的次数。是四次拟合曲线被VB调用的图形显示示例。

  四次拟合曲线的生成示例Windows环境下多个应用程序之间可共享代码和资源,从而提高运行效率的优势。

  数据平滑处理:由于随机干扰的存在,使得用采样离散数据绘成的曲线多呈现折线形式很不光滑,这表明采样数据中的高频成分比较丰富,为了削弱干扰的影响,提高曲线的光滑度,需要对采样数据进行平滑处理;在本软件中,利用最小二乘法原理对所采集的数据进行五点三次平滑处理,然后再利用数字滤波生成相应的曲线。

  6.0进行数据处理:MATLAB是目前国际上最具影响力、最有活力的数据处理分析计算软件,并具强大的可视化和便捷的与其他语言程序接口的功能;在本软件开发中,充分利用MATIAB强大数值分析和图形显示能力以及VB的优良的人机交互的优势,共同实现数据的处理和显示。

  法有多种,比较常用的是利用MATIAB的动态数据交换服务功能和MATLAB的ActiveX自动化服务功能;本文利用ActiveX协议成功地实现了在VB内部无缝地使用MATLAB功能的目的,它是利用剪贴板作为中转站,将MATLAB产生的曲线放到剪贴板上,再利用函数调用剪贴板上的图片。

  利用VB进行数据处理:VB本身也具备较强的数据处理能力,为了即时地与MATLAB生成的曲线进行比较,本系统采用VB来生成贝样条曲线,并作为默认状态。

  (4)数据的显示、存储、打印等功能模块采集并处理后的数据,生成的图形等能够实时显示,同时,对于历史数据等也可以在检索区中检索到,在检索区中有四组文本框和四个DATA控件,分别连接四个数据库,用来查找四个通道的数据,数据库是采用Access建成的;这样,既可以方便地随时查(下转第181页)据的儿个函数来对平滑处理后的数据进行处机床左右滑台进给动作由电磁阀YV1而电磁阀的通断则由行程开关SQ1 ~SQ8控制,在主轴进给与后退过程中,分布在各处的挡铁碰撞相应的行程开关,发出相应的动作命令,各电磁阀动作如表2所左头工步右头润滑快进快退原位润滑根据电磁阀的动作表,自动循环时,利用移位寄存器的移位功能,可实现步进顺序控制,使每一工步严格按顺序动作。手动调整时,通过相关按钮按动作要求直接点动各驱动器件。左滑台工作的梯形图如所示。

  3结束语本系统经过改造后,运行良好。PIC后,线路简单,维修方便,故障率大大降低受到操作工及维修工的好评。另外,工艺程序变更时,只需修改程序,就可以适应新的加工要求,有助于企业的发展。

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