Способ контроля температур и тепловых деформаций металлорежущего станка и устройство для его осуществления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<>998092

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 081081 (21) 3347467/25-08 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опублииковано 230283. Бюллетень ¹ 7

Дата опубликования описания 23.0283

Р МК з.

В 23 Q 15/18

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

f33} YPlC 621.923. 04 (088.8) высшее техническое училище им. Н.Э. Баумана (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУР И ТЕПЛОВЫХ

ДЕФОРМАЦИЙ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано для определения теплового режима работы различного оборудования.

Известен способ определения температур нагрева и.тепловых деформаций металлорежущих станков, при котором измеряют температуру нагрева и тепловые деформации на каждой частоте вра.щения шпинделя в течение всего периода до стабилизации теплового режима металлорежущего станка (11 и (21 °

Недостатком известного способа яв ляется необходимость затрат большого количества времени, особенно на различных частотах вращения шпинделя, так как требуется охлаждение после достижения установившегося теплового режима на каждой частоте вращения шпинделя, Известно устройство для контроля температур и тепловых деформаций металлорежущих станков, состоящее из датчиков измерения температур и тепловых деформаций, блока усиления сигналов и блока записи цифровой и графической.информации. Датчики осуществляют контроль изменения температур . или тепловых деформаций металлорежущего станка, получаемые сигналы усиливаются в блоке усиления и передаются в блок записи цифровой или графической информации (2) ..

Недостатком данного устройства является- необходимость измерения температур и тепловых деформаций для определения их характера и величин в течение всего периода работы металлорежущего станка до наступления его тепловой стабилизации.

Целью изобретения является разработка способа и устройства ускоренного определения характера и величин температур и тепловых деформаций металлорежущих станков, Поставленная цель досгигается тем, что измерение температур и тепловых деформаций производят на разных частотах вращения шпинделя, когда происходит нагрев станка, или при отсутствии его вращения, когда происходит. охлаждение станка, через определенные и равные интервалы времени, иахоцят разность текущих и предшествующих величин температур и тепловых деформаций и по их сравнению выявляют характер их изменения, а по отношению определяют величины температур и телЗО ловых деформаций за весь период до

998092

-<)

40 и так далее", или (L)

41, = 4 4„- 4 I. p ) М. „= 4 1„- У, „

2-о 41 41 о 4" Ъ-о 4 "Ъ 4 "о.1

45 ъ- " ъ 4 ъ-о= 4 "ъ 4"о тепловой стабилизации металлорежущего станка.

Устройство для осуществления спосо-. ба снабжено блоком управления датчиками и блоком задания вращения шпинделя станка; последовательно включенными блоком определения и сравнения разностей предшествующих и текущих .температур и тепловых деформаций, блоком определения отношения этих разностей и блоком определения величин за весь период стабилизации металлорежущего станка, причем вход блока определения и сравнения разности подключен к выходу блока усилителей, выход бло-. ка определения величин подключен к входу блока записей, к другим входам которого подключены выходы блоков управления датчиками и задания частоты оборотов, другие выходы которых соответственно подключены к блоку датчи- 20 ков. и регулятору частоты оборотов шпинделя станка.

На Фиг. 1 показан график изменения тепловых деформаций; на фиг. 2 — график изменения температур нагрева; на фиг. 3 — схема устройства, реализующего способ.

На графиках сплошными линиями показаны данные, полученные при полных измерениях до тепловой стабилизации, а пунктирными — данные, полученные предлагаемым способом.

Способ заключается в том, что изменение тепловых деформаций металлорежущих станков происходит по различ- 35 ным законам, описываемым обобщенной функциональной зависимостью: а) при нагреве станка

4т =ьТ (-e " )-4ч (1-е э ) 3% М „("-е " ) ы,(-е ); б) при охлаждении станка . 47=от,Е +, (ъ) где dTо, 4То и 4ТУ - соответственно текущее значение измеряемых температур и установившиеся значения температур доминирующих источников тепловыделения станка, формирующих значео о о ние b.Т, =Д,TîÓ4 — 4Т о

4L, 41„И и41,У вЂ” соответственно текущее значение измеряемых тепловых деформаций и установившиеся значения тепловых деформаций двух узлов станка с наибольшими тепловйми смещениями, формирующих результирующее значение 4?. = 41" -4 <,.

В, В и ВΠ— температурные факторы, характеризующие скорость изменения соответственно температуры наг- б0 рева и охлаждения (или тепловых деформаций);

C- время.

Это позволяет определить характер и величины температур и тепловых де- g5 формаций при нагреве и охлаждении металлорежущего станка в любой период времени до его тепловой стабилизации на основе информации, полученной за короткий промежуток времени для заданного количества частот вращения шпинделя. Характер изменения температур и тепловых деформаций зависит от соотношения параметров 4Т„ и 47„,4L„„,N 4L>, а также В и В . При этом в зависимости от различных взаимных соотношений указанных величин возможны различные функции, определяющие тот или иной характер изменения температур и тепловых деформаций.

Например1 при В = В для любых соотношений 4То „ и 4ТУ или ЬТУ и

У3

4ЬУ имеем экспоненциальный характер изменения температур или тепловых деформаций. о

IlPH В .В H 4ТУ, 7 4 ТУд HJ1H о

bTyy<4T, а также 4L9<74L или

4Ьу 4Ъу имеем знакопеременный характер изменения укаэанных величин и т.п.

Для ускоренного определения пара= метров В . и В, ЬТ, ДЬУ1, 4Т, и

О о

4Lgg измерение температур нагрева .

АТ, 4Т, 4Тъ и ЪТ4 и тепловых деФормаций Ы1, 4Ь, Ьь > и ЬЬд производят в течение времени, много меньшего времени тепловой стабилизации станка, .через периоды времени Qq, Г, С> и ."4 с равными интервалами между ними, после чего находят их разности

4 о=4 4 о 4 =4 4

0 0 о О о

4 -о-4т -4т„dT> =4ть-4Ч ;

ЛЪ»„=A Ъ bTl 4ТЪ p=d÷ъ-К @ и т.д.

Тогда, например, при соотношениях

ЬТ гЬТЪ 74То или Ыг <74LЪ < Т4 имеем экспоненциальный характер изменения температур или тепловых деформаций. При 4Т,, У4Ть g

b.L><< dL4>- знакопеременный характер изменения указанных величин и т.п.

Величины В„и В«, ЬТ, и ЬТ о

Ь?.У и4?.У определяют по измерениям температур двух узлов станка с доми-. нирующими источниками тепловыделения, а тепловые деформации определяют по измерениям тепловых смещений двух узлов станка, имеющих наибольшие тепловые деформации.

Расчет укаэанных величин производят по формулам, полученным исходя из соотношений указанных выше разностей

4Т u AL.

998092

Аналогично определяют величины В

В>, dTf и bL> для других функциональных зависимостей.

Например, через периоды времени д) Г 15 мин, (," = 30 мин, Г = 45 мин, .

60 мин получены значения тепловых деформаций, соответственно равные, ДЬ4 = 4,5 мкм, dLg = 8 мкм, ДLq 11 мкм

14 мкм. Находим разности d L = 25

2-0

8 мкм, d L 4 = б мкм. Сравнение величин dЬдо фЬ42 показывает, что ха, рактер изменения тепловых деформаций экспоненциаль ный.

Тогда из формул (6) и (7) находим:ЗО

1 8

В =В = ---- lп--- = 0,57 ч

1 2 0 5 б

82

bLy = -.------- = 32 мкм.

8 — 6

При измерении. температуры через пе риоды времени 30 и 60 мин получено

Ь 2 = 2,7 С; ЬТ = 4,8 С, тогда

bT = 2,7 С. ЬТ22 < = 2,1 С

Иэ формул (4) и (5) находим 40

1 2 7.

В = ---- ln - =0,62 ч 1

0,5 2,1

Я дТ --- --- = 12,15 С. о 2 7

45 3 2,7-2, 1

Устройство, реализующее описанный способ контроля температур и тепловых деформаций металлорежущего станка l, . состоит из датчиков 2, измеряющих температуру и тепловые деформации испытываемого металлорежущего станка 1, блока 3 усиления сигналов, блока 4 записи цифровой и графической информации, блока 5 управления датчиками, блока б задания частот вращения эпин-5 деля, блока 7 определения и сравнения разностей текущих и предшествующих величин температур и тепловых деформаций, блока 8 определения отношения этих.разностей и блока 9 определения 6 величин температур и тепловых деформаций эа весь период до тепловой стабилизации металлорежущего станка.

Устройство работает следующим образом. 6

Формула изобретения

1. Способ контрОля температур и тепловых деформаций металлорежущего станка, заключающийся в измерении температур и тепловых деформаций s течение времени, меньшего времени тепло" вой стабилизации станка, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью ускорения определения характеристик и величин изменения температур и тепловых деформаций, их измерение произ-водят при нагреве и охлаждении станка через равные интервалы времени, находят разность текущих и предшествующих величин температур и тепловы< де ц формаций и по полученным разностям определяют характер изменения, а по отношению этих разностей — величины температур и тепловых деформаций за весь период до тепловой стабилизации

5 металлорежущего станка.

Для экспоненциального характера изменения температур и тепловых деформаций

Информация о температуре (AT ) и тепловых деформациях (AL) измеряется на металлорежущем станке 1 датчиками2, частота вращения шпинделя которого задается блоком 6. Получаемая информация с датчиков 2 усиливается в блоке 3 и поступает в блок 7, в котором происходит определение и сравнение разностей измеряемых температур и тепловых деформаций. Последовательность работы датчиков 2 управля.ется блоком 5. Одновременно с этим информация с блока 7 поступает в блок

8, где происходит определение отношений получаемых разностей. Блок 9 по информации с блоков 7 и 8 определяет величины температур и тепловых дефор" маций эа весь период до тепловой стабилизации и отображает ее в блоке 4 в цифровом или графическом виде.

Использование данного изобретения позволяет значительно сократить проведение испытаний металлорежущих станков или их отдельных узлов с целью определения температур их.нагрева и тепловых деформаций, по которьм производят оценку качества изготовления .и сборки металлорежущего станка или его узлов. Сокращение времени испй- таний обеспечивает получение экономии заработной платы и электроэнергии, ; уменьшает количество контрольных позиций в цехе, что обеспечивает экономию производственных площадей, а также сокращает цикл производства металлорежущих станков и их узлов;

В процессе эксплуатации металлорежущих станков изобретение позволяет быстро определить величину и характер изменения температур и тепловых деформаций с целью их последукицей компенсации и повышения точности обработки деталей.

998092

АЫмки7

2. Устройство для контроля температур и тепловых деформаций металлорежущего станка, содержащее датчики измерения температур и тепловых деформаций, блоки усиления и записи, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью ускорения процесса вычисления, оно снабжено блоком управления датчиками, блоком задания вращения шпинде-, ля станка, последовательно включенными блоком определения и сравнения раз о ностей предшествующих и текущих температур и .тепловых деформа.ций, блоком определения отношения этих разностей и блоком определения величин за весь период стабилизации металлорежущего I5 станка, причем вход блока определения и сравнения разности подключен к выходу блока усилителей, выход блока определения величин подключен к входу блока записей, к другим входам которого подключены выходы блоков управления датчиками и задания частоты оборотов, другие выходы которых соответственно подключены к блоку датчиков и регулятору частоты оборотов шпинделя станка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Соколов Ю.Н. Расчет температурных полей и тепловых деформаций. М., ЦБТИ, ЭНИМС, с . 8 2.

2. МесЬапЫс, 1972, Р 4, с.185189.

998092

Тира,ж 758 Подписное

ВНИИПИ Государствечного комитета СССР го делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-3 5, Раушская наб., д. 4/5

Закаэ 1024/24

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Жиганов

Редактор И. Николайчук Техред М.Тепер Корректор К). Макаренко

Способ контроля температур и тепловых деформаций металлорежущего станка и устройство для его осуществления Способ контроля температур и тепловых деформаций металлорежущего станка и устройство для его осуществления Способ контроля температур и тепловых деформаций металлорежущего станка и устройство для его осуществления Способ контроля температур и тепловых деформаций металлорежущего станка и устройство для его осуществления Способ контроля температур и тепловых деформаций металлорежущего станка и устройство для его осуществления 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области станкостроения, в частности к средствам активного контроля обработки детали в реальном времени на оборудовании с ЧПУ

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано для измерения расстояния между внутренними поверхностями бандажей колес железнодорожного подвижного состава и установки фрез колесофрезного станка под локомотивами и вагонами железнодорожного транспорта

Способ включает установление величин тепловых смещений шпинделя станка в процессе обработки, введение коррекции в перемещение рабочих органов станка по управляемым осям координат и определение вида и параметров функций теплового смещения шпинделя станка для каждой частоты его вращения и при простоях, по которым рассчитывают величины тепловых смещений шпинделя станка в зависимости от времени работы на различных частотах вращения и от времени простоя, а в моменты достижения рассчитанных величин установленных допустимых значений осуществляют корректировку величины перемещения рабочих органов станка. Для расширения технологических возможностей установление величин и параметров функций тепловых смещений шпинделя станка производят для различных пространственных положений теплонагруженных деталей и узлов станка с изменением скорости теплонагружения и с учетом температуры окружающей среды при многократных испытаниях станка для получения статистических характеристик значений величин и параметров функций тепловых смещений шпинделя станка в рабочем объеме станка, а величины тепловых смещений шпинделя станка в зависимости от времени работы на различных частотах вращения и от времени простоя рассчитывают с требуемой установленной вероятностью непрерывно через заданные малые интервалы времени и в моменты достижения рассчитанных величин, установленных с заданной вероятностью допустимых значений, обусловленных требуемой точностью обработки, по каждой управляемой координате и осуществляют корректировку величины перемещения рабочих органов станка или механизмов микроперемещений деталей, которые устанавливают на рабочих органах станка. 7 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к станкостроению, и предназначен для управления осевыми температурными деформациями рабочих органов металлорежущих станков. Измеряют температуры передней и задней стенок колонны 2 и шпиндельной бабки 1 и по ним определяют значение средних избыточных температур передней и задней стенок колонны 2 и шпиндельной бабки 1. Для заданной величины осевых температурных деформаций рабочих органов станка вычисляют допустимое значение избыточной температуры шпиндельной бабки и сравнивают полученное значение со средним значением температуры шпиндельной бабки 1. При неравенстве значения избыточной температуры шпиндельной бабки и среднего ее значения осуществляют изменение температуры шпиндельной бабки 1. Обеспечивается повышение точности управления, расширение технологических возможностей, увеличение надежности и стабильности взаимного осевого положения рабочих органов (1, 4, 5) металлорежущего станка в период его работы. 2 ил.

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано для управления линейными перемещениями исполнительных узлов металлорежущего станка с ЧПУ. Управление исполнительных узлов в процессе обработки деталей осуществляется по измеренным и определенным средним избыточным температурам: ходовых винтов, противоположных стенок корпусных деталей, несущих ходовые винты, в направлении продольной оси ходовых винтов, оси вращения шпинделя и вдоль стенок шпиндельной бабки, которые расположены перпендикулярно оси вращения шпинделя. При этом производят выравнивание температуры противоположных стенок корпусных деталей, несущих ходовые винты в направлении продольной оси ходовых винтов, стенок шпиндельной бабки, перпендикулярных оси шпинделя, до момента достижения попарного равенства температур, после чего с помощью системы ЧПУ через равные периоды времени осуществляют управление текущим положением исполнительных узлов металлорежущего станка по соответствующим корректирующим сигналам. Изобретение позволяет повысить уровень точности перемещений исполнительных узлов, расширить технологические возможности станка, увеличить надежность. 3 ил.

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано для компенсации тепловых деформаций рабочих органов технологических машин. Способ включает в себя измерение температуры теплоактивных узлов станка, расчет по значению измеренной температуры величин тепловых деформаций упомянутых узлов, сравнение упомянутых тепловых деформаций с их заданными допустимыми значениями и соответствующую коррекцию величин перемещений рабочих органов станка по каждой управляемой координате в случае превышения упомянутых тепловых деформаций заданных допустимых значений. При этом предварительно определяют по результатам испытаний скорость изменения тепловых деформаций каждого теплоактивного узла на разных режимах работы станка, по которой определяют коэффициенты теплоотдачи каждого теплоактивного узла и выбирают из них максимальный, а соответствующую ему скорость изменения тепловых деформаций принимают за базовую. В процессе работы станка коэффициент теплоотдачи каждого из теплоактивных узлов, определяющих тепловые деформации конечного узла, поддерживают на уровне, обеспечивающем базовую скорость изменения тепловых деформаций упомянутых теплоактивных узлов посредством их соответствующего охлаждения. Использование изобретения позволяет повысить технологическую точность станков с ЧПУ. 4 ил.

Изобретение относится к области высокоточного станкостроения и может быть использовано в прецизионных станках расточной и фрезерной групп для оценки силовых деформаций их станины. Устройство содержит измерительную базу, выполненную в виде стальной балки, установленной на полусферической опоре внутри станины над штатной опорой станка в точке, наименее подверженной деформациям изгиба и кручения. Полусферическая опора состоит из закаленного керна и термообработанной ответной части полусферической формы. Для стабилизации положения стальной балки на нее установлен гироскоп. При этом на одном конце стальной балки закреплен уравновешивающий груз, а на другом - лазерные датчики и гидравлический демпфирующий элемент, размещенный между стальной балкой и нижней поверхностью станины станка. Напротив лазерных датчиков на внутренних стенках станины установлены отражающие пластины. Использование изобретения позволяет повысить устойчивость измерительной базы и точность оценки силовых деформаций станины. 4 ил.

Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано для управления охлаждением высокоскоростных мотор-шпинделей металлорежущих станков. Способ включает регулируемую подачу хладагента к статору мотор-шпинделя и к его передней и задней подшипниковым опорам с одновременным измерением их температуры. При этом подачу хладагента осуществляют с обеспечением выполнения условия равенства температур статора мотор-шпинделя и его подшипниковых опор заданному расчетному значению. Использование изобретения позволяет уменьшить вибрации мотор-шпинделя и повысить ресурс его работы.

Способ контроля температур и тепловых деформаций металлорежущего станка и устройство для его осуществления

Наверх