溫度對自動鉆孔機和材料的影響
發布時間 : 2020-10-13 瀏覽次數 : 3214 次
我們都知道溫度會影響材料，但是會如何影響我們的零件?表面上看來，要補償的任務很簡單。我們所要做的就是獲取熱膨脹系數(CTE)，看一看溫度計，然后將溶液溶解。好吧，還沒有那么簡單。在進行此計算之前，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，機器的CTE和反饋量表，機器中的幾何形狀隨溫度變化而變化，加工過程中產生的熱量，以及通過切割冷卻劑和潤滑劑來增加或除去熱量。在考慮了所有這些變量之后，我們必須確定要將零件標準化的溫度。
控制所有這些變量的交佳方法是什么?通常是除去它們。將機器和零件的環境溫度設置為所需的標準化溫度;讓零件和機器在該溫度下“浸泡” 24小時左右。使用已調至與正常環境相同溫度的切削冷卻液，然后監視這些條件并根據需要進行控制。但不是常態。我們通常看到的零件設計為在68°F或20°C時尺寸正確，在70°F至75F的加工環境中也是如此。部分CTE從1到13PPM。
環境溫度控制
環境溫度控制是較常見的方法，也是通常引用我們機器規格的方式。
標準為+/- 1攝氏度或約3華氏度。鋼的CTE約為7.3 ppm / F。對于10米的機器，在3華氏度的溫度范圍內，= .0073mm / m / 1F = .022mm / m / 3F = .22mm。如您所見，對于30英尺長的機器來說，這是一個很大的運動。飛機縱梁，直升機葉片，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格的公差。控制得越緊密越好。
同樣，熱量的類型也很重要。輻射熱，對流熱和傳導熱也會使材料發生不同的反應。我在這里不做詳細介紹，但是陽光，烤箱，風扇，空調通風口發出的熱量對機器的影響不同。一些制造商甚至會考慮使液態冷卻劑流經機架和驅動組件，我們將在下面討論。
元件溫度控制
另一時間認可的方法是監視和控制組件溫度。變速箱，電機，編碼器和滾珠絲杠等物品也會隨溫度變化。多年來，甚至現在，都鉆了滾珠絲杠，冷卻液流過它們以控制其膨脹。過去和現在，螺母仍被裝在冷卻液套殼中，齒輪箱和電動機也被裝在其中。所有現代主軸都是液體冷卻的，或更準確地說是溫度控制的。
對于大型機器，可以并且可以使用其中一些方法。但是對于長軸(超過3米)，滾珠絲杠不是一個很好的選擇。通常使用齒輪齒條，而不是一體式的。這允許齒條隨機器結構一起移動，而不必與兩種不同的合金相互競爭。
結構溫度監控器
這是一種使用現代電子設備監控結構溫度并通過設備中設置的算法修改行進距離的方法。這種工作方式是沿機器軸設置多個溫度傳感器。該數據返回到控制箱，該控制箱修改編碼器的脈沖信號長度，以校正機器結構中的熱運動。該單元與機器控制器完全分開。溫度傳感器和機器的編碼器均通過此框。然后修改編碼器信號并將其發送回控制器。這是一個非常好的系統，但是要依靠兩個非常重要的內容才能正確運行：
(1)溫度變化必須非常緩慢并且
(2)必須來自對流熱，即空氣對物質。
除此之外，還必須對該系統進行測試，測試和測試。不能僅將鋼的CTE放入并獲得良好的結果。對流熱量和變化緩慢的原因是溫度傳感器只能補償軸的整個長度，取所有傳感器的平均值。我們可以在軸上放置100個傳感器，但是如果一個區域很熱而一個區域很冷，則該設備將僅對整個長度的溫度進行平均，從而在某些區域會產生較差的結果。
實時定位控制
當前，這是處理長機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。該系統使用激光干涉儀來測量機器行進的距離。這也不是機器控制器的一部分。它是用于校準自動鉆孔機的同一設備。不同之處在于，該激光器永久性地安裝在機器上，并且始終實時在線。對于具有主從軸的龍門自動鉆孔機，它需要兩個系統來校正該軸的運動。它還可以校正溫度梯度并進行自我校準。
另一個變量
在決定采用哪種方法之前，還必須考慮另一個變量：幾何變化。上面提到的所有補償系統都將校正自動鉆孔機的軸位置。在伺服電機上，它不能100%校正影響刀具較終位置的自動鉆孔機幾何變化。幸運的是，較小的溫度變化不會影響幾何形狀，但會產生較大的波動。讓我舉個例子吧。一臺機器長20米。它被焊接到4英尺厚的地基上，與周圍的混凝土絕緣并隔離，并嵌入了1英寸的鋼板。在20米內，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軌，在軌道上，我們有軸承和伺服驅動電機。假設從早上到中午氣溫變化10度。我們可以說，太陽從晚上10點到下午2點只在一個肩膀上照進來，這會使事情變得更加復雜。在這一點上，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。現在，我們有一堵墻擴展了1.5毫米，陽光普照的墻可能擴展了2或2.5毫米，而地基則完全沒有變化。怎么了?我無法在這么長的機器上以及在這樣的溫度分布水平下進行測量。但是在我測得的較小的儀器上，就會發生這種情況。我們可以說，太陽從晚上10點到下午2點只在一個肩膀上照進來，這會使事情變得更加復雜。在這一點上，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。現在，我們有一堵墻擴展了1.5毫米，陽光普照的墻可能擴展了2或2.5毫米，而地基則完全沒有變化。怎么了?我無法在這么長的機器上以及在這樣的溫度分布水平下進行測量。但是在我測得的較小的儀器上，就會發生這種情況。我們可以說，太陽從晚上10點到下午2點只在一個肩膀上照進來，這會使事情變得更加復雜。在這一點上，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。現在，我們有一堵墻擴展了1.5毫米，陽光普照的墻可能擴展了2或2.5毫米，而地基則完全沒有變化。怎么了?我無法在這么長的機器上以及在這樣的溫度分布水平下進行測量。但是在我測得的較小的儀器上，就會發生這種情況。5毫米和完全不變的基礎。怎么了?我無法在這么長的機器上以及在這樣的溫度分布水平下進行測量。但是在我測得的較小的儀器上，就會發生這種情況。5毫米和完全不變的基礎。怎么了?我無法在這么長的機器上以及在這樣的溫度分布水平下進行測量。但是在我測得的較小的儀器上，就會發生這種情況。
本身作為變量
如前所述，我們還需要考慮這一部分。機器的CTE將具有一個值，并且零件的可能相差很大。我們該如何補償?理想的情況是將機器和零件設置在所需的溫度下并保持非常緊密的溫度。但是，如果標稱溫度為68F，并且機器和零件的溫度為72F，該怎么辦?此時有幾種選擇。如果要將機器小心地保持在該溫度下，我們可以使用材料的CTE將機器校準到72°F的正確尺寸。對于這種情況，這是一個很好的解決方案。現在，如果環境變為77F怎么辦?機器的CTE將使其擴展30毫米英寸，而部件將擴展10毫米英寸。我們現在干什么?我們有兩種選擇。我們可以通過使用零件的CTE將機器重新校準到新的環境。我們還可以通過從機器的運動中減去零件的運動來縮放零件的程序，并計算總尺寸的比例。或者我們可以放置我們一直在討論的有源機器補償設備之一。
線性比例控制選項
還有一種簡單，有效且便宜的設備，CMS目前正在使用它來糾正所有這些瘋狂的動作。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米以下的較小長度的軸。該設備是線性標尺，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是環境，零件，機器或反饋設備。在這種情況下，標尺將由具有與零件相同的CTE的材料制成，而機器將被允許以任何速率擴展和收縮，而反饋裝置將僅使機器移動其讀取的距離。我們這里的另一個選擇是將秤與機器運動隔離開，并僅控制秤內部或周圍的環境。這是CMS采取的方法。我們使用鋼帶秤，該鋼帶秤安裝在與機器機械隔離的外殼內部，并且控制外殼內部的溫度。這樣，無論外部條件如何，始終可以正確校準機器。現在仍然需要考慮零件運動，但是這給了我們更少的變量來考慮。
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