立式加工中心的热误差实时补偿应用

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数控机床在加工过程 中，机床部件受到摩擦热 、切削热和环境温度等 因素的影响而温度 升高 ，产生热变形 ，使机床上刀具和工件之间的正确位置遭到破坏 ，机床 的固有精度降低 ，造成工件 加工过程 中的热变形误差 。在精密加工过程中由于工艺系统热变形引起 的加工误差 占总加工误差的 40%～70%，机床热变形已经成为精密和超精密加工过程的主要误差来源。虽然不同的机床生产厂家都会采取预补偿方法 ，通过丝杆预拉以及镭射测量修改数控系统参数来补正丝杆的间隙与背隙，此预补偿方法可减小数控机床热误差的影响 ，但具有局限性，因为大多数数控系统 自身并不具备实时误差补偿功能，无法根据温度变化与机床的磨损等实际情况来做出相应的调整热变形误差补偿技术-般采用事后补偿，通过各种检测手段对数控加工时产生的误差进行直接或间接的测量 ，然后根据 已经建立 的误差 。调整机床运动进给量 ，从而实现实时补偿。误差补偿技术是-种提 高精度 的经济而有效的方法 .在三坐标测量机上已得 到了广 泛应用 ，将其应用 在机床上提高加工精度 ，意 义将更 加重大。

以TMv-850A立式加工中心主轴最高转速为8000rpm，各轴行程为 850mmx500mmx530mm x/Y/Z为研究模型 ，着重试验零件在加工时的机床的各项热变形误差及如何使用专用设备对产生的热变形误差进行补偿。

修稿 日期 ：2013-05-14作者简介 ：张晔 1982-，男，江苏无锡人 ，助理工程师。主要从事数控机床 维修及应 用方面的研 究。

1361 TMV-850A立式加工中心主要热误差来源立式机床的热误差是由主轴的热膨胀 、主轴箱的热变形、滚珠丝杠的热膨胀、立柱的热变形等几部分共 同造成的。初步研究表明Z轴热误差最大 ，所以这里重点研究Z轴热误差 X、Y轴热误差的研究方法与Z轴的相同。z轴热变形包括主轴箱的热变形和主轴的热膨胀。

1测试条件 镭射测量仪 ：进给速率 ：36rdmin；进给频率 ：20趟/分 ：进给行程 400mm；初始位置：A Z轴上；终止位置：B点z轴上；Z轴 B/S有预拉；S规格 ：中36itch12马达规格 ：cd2B/3000i。

2测试 方式 ：A点与 B点间往返，单程进给耗时 0.9秒 .停 留 2.1秒后再折返 。如图 2所示。A点 图1试验原理 . .. .. - . . . . . . - - 图 2 起始点与终止点的热变形的热变形于 6小时后达到稳定 ，最大值为 61lxm；B点的热变形最大值为 13.61xm，于测试 30分钟所得。主轴的热膨胀测试原理如图 3所示。

3N量步骤 测量仪器为千分表，多点式温度计 ：程·数控机床世界 ·图 3 主轴热膨胀测量式撰写主轴不动，工作台移动；主轴4000rpm运转 5rain ：温机；主轴端有测试棒150ram长，测量点主轴端及测试 棒共6点；将千分表归零；主轴以6000rpm运转，每隔 l半小时进行热变位与温度记录。 ：说明：①xY方向在 4.5小时后达到稳定，x方向最 大变化量为141m，Y方向最大变化量为471xm；②主轴 与z轴方向在运转 1小时后达到最大。最大值为 281xm 1往Z轴下方伸出，其后变化量大致是维持稳定量上下； ：③主轴温升变化量，在8小时测试过程中不曾超过24 m。 l2 TMV-850A立式加工中心热误差补偿的 实际运用与测试 ：我们采用 Renishaw TS-27R刀具测量仪，应用于热 l误差补偿的实验，测试对z轴热误差能否起到有效控制。 J中国机械工业联合会主管、主办：邮发代号：82-401测试步骤：端铣刀 - 利用量表测量刀 长 用 TS-27R量测且计算机会 自动纪录 所测得值须确认 与量 表 测得 值 相同- 加工第-条沟- 模拟 刀具磨 损及l 雾鞫- ⅡRenishaw iTS-27R外观 l 簟 %～ - 重现精度 lbLm功能 ±X、±Y、Z共五个方向热伸长以手动调整刀长造成刀具伸长 0.89mm，减少测试时间- 用 TS-27R量测并补偿 计算机 自动纪录第 2次刀长，并将刀长代人刀长补正值- 加工第二条沟 - 完 A区 B区 C区第二条沟fmm1 -O.1201 -0.1169 -0.1185第-条沟mm -O.1148 -O.1164 -0.1172误差量mm 0.0053 0.o005 O.00l3成测试 - 送至品保量测二条沟的误差量 将-条沟分为三点，利用三次元量测仪量测深度。

从测量数据 中可 以看出.在模拟热伸长造成刀具伸长 0.89mm的情况下 .利用 TS-27R进行误差实时补正后；加工沟槽最大差异值为 5.31.zm。对 z轴热误差能起到有效控制，大大的提高了机床的加工精度。

3 结论数控机床热变形误差实时补偿技术 .经国内外数家相关机床生产企业的实际应用和测试 ，结果表明，经实时补偿，数控机床的加工精度大幅提高，该技术是提高精密数控机床加工精度的关键技术。基于FANUC数控系统 的外部机床坐标系偏置功能而开发 的高精度、低成本的热误差补偿器，对使用其他数控系统的数控机床的热误差实时补偿具有普遍的参考意义，并为大批量数控机床实时补偿的实施创造了条件和成为可能。