我們都知道溫度會(huì )影響材料，但是最終會(huì )如何影響我們的零件?表面上看來(lái)，要補償的任務(wù)很簡(jiǎn)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(méi)有那么簡(jiǎn)單。在進(jìn)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(guò)程中產(chǎn)生的熱量，以及通過(guò)切割冷卻劑和潤滑劑來(lái)增加或消除熱量。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?通常是消除它們。將機器和零件的環(huán)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(shí)左右。使用已調至與正常環(huán)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(jìn)行控制。但不是常態(tài)。我們通?？吹降牧慵O計為在68°F或20°C時(shí)尺寸正確，在70°F至75F的加工環(huán)境中也是如此。部分CTE從1到13PPM。
環(huán)境溫度控制
環(huán)境溫度控制是較常見(jiàn)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(jiàn)，對于30英尺長(cháng)的機器來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)很大的運動(dòng)。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?？刂频迷骄o密越好。
同樣，熱量的類(lèi)型也很重要。輻射熱，對流熱和傳導熱也會(huì )使材料發(fā)生不同的反應。我在這里不做詳細介紹，但是陽(yáng)光，烤箱，風(fēng)扇，空調通風(fēng)口發(fā)出的熱量對機器的影響不同。一些制造商甚至會(huì )考慮使液態(tài)冷卻劑流經(jīng)機架和驅動(dòng)組件，我們將在下面討論。
元件溫度控制
另一時(shí)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(huì )隨溫度變化。多年來(lái)，甚至現在，都鉆了滾珠絲杠，冷卻液流過(guò)它們以控制其膨脹。過(guò)去和現在，螺母仍被裝在冷卻液套殼中，齒輪箱和電動(dòng)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(shuō)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(cháng)軸(超過(guò)3米)，滾珠絲杠不是一個(gè)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(dòng)，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(guò)設備中設置的算法修改行進(jìn)距離的方法。這種工作方式是沿機器軸設置多個(gè)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(cháng)度，以校正機器結構中的熱運動(dòng)。該單元與機器控制器完全分開(kāi)。溫度傳感器和機器的編碼器均通過(guò)此框。然后修改編碼器信號并將其發(fā)送回控制器。這是一個(gè)非常好的系統，但是要依靠?jì)蓚€(gè)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(lái)自對流熱，即空氣對物質(zhì)。
除此之外，還必須對該系統進(jìn)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(gè)長(cháng)度，取所有傳感器的平均值。我們可以在軸上放置100個(gè)傳感器，但是如果一個(gè)區域很熱而一個(gè)區域很冷，則該設備將僅對整個(gè)長(cháng)度的溫度進(jìn)行平均，從而在某些區域會(huì )產(chǎn)生較差的結果。
實(shí)時(shí)定位控制
當前，這是處理長(cháng)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(lái)測量機器行進(jìn)的距離。這也不是機器控制器的一部分。它是用于校準自動(dòng)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(shí)時(shí)在線(xiàn)。對于具有主從軸的龍門(mén)自動(dòng)鉆孔機，它需要兩個(gè)系統來(lái)校正該軸的運動(dòng)。它還可以校正溫度梯度并進(jìn)行自我校準。
另一個(gè)變量
在決定采用哪種方法之前，還必須考慮另一個(gè)變量：幾何變化。上面提到的所有補償系統都將校正自動(dòng)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(dòng)鉆孔機幾何變化。幸運的是，較小的溫度變化不會(huì )影響幾何形狀，但會(huì )產(chǎn)生較大的波動(dòng)。讓我舉個(gè)例子吧。一臺機器長(cháng)20米。它被焊接到4英尺厚的地基上，與周?chē)幕炷两^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(dòng)電機。假設從早上到中午氣溫變化10度。我們可以說(shuō)，太陽(yáng)從晚上10點(diǎn)到下午2點(diǎn)只在一個(gè)肩膀上照進(jìn)來(lái)，這會(huì )使事情變得更加復雜。在這一點(diǎn)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?，F在，我們有一堵墻擴展了1.5毫米，陽(yáng)光普照的墻可能擴展了2或2.5毫米，而地基則完全沒(méi)有變化。怎么了?我無(wú)法在這么長(cháng)的機器上以及在這樣的溫度分布水平下進(jìn)行測量。但是在我測得的較小的儀器上，就會(huì )發(fā)生這種情況。我們可以說(shuō)，太陽(yáng)從晚上10點(diǎn)到下午2點(diǎn)只在一個(gè)肩膀上照進(jìn)來(lái)，這會(huì )使事情變得更加復雜。在這一點(diǎn)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?，F在，我們有一堵墻擴展了1.5毫米，陽(yáng)光普照的墻可能擴展了2或2.5毫米，而地基則完全沒(méi)有變化。怎么了?我無(wú)法在這么長(cháng)的機器上以及在這樣的溫度分布水平下進(jìn)行測量。但是在我測得的較小的儀器上，就會(huì )發(fā)生這種情況。我們可以說(shuō)，太陽(yáng)從晚上10點(diǎn)到下午2點(diǎn)只在一個(gè)肩膀上照進(jìn)來(lái)，這會(huì )使事情變得更加復雜。在這一點(diǎn)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?，F在，我們有一堵墻擴展了1.5毫米，陽(yáng)光普照的墻可能擴展了2或2.5毫米，而地基則完全沒(méi)有變化。怎么了?我無(wú)法在這么長(cháng)的機器上以及在這樣的溫度分布水平下進(jìn)行測量。但是在我測得的較小的儀器上，就會(huì )發(fā)生這種情況。5毫米和完全不變的基礎。怎么了?我無(wú)法在這么長(cháng)的機器上以及在這樣的溫度分布水平下進(jìn)行測量。但是在我測得的較小的儀器上，就會(huì )發(fā)生這種情況。5毫米和完全不變的基礎。怎么了?我無(wú)法在這么長(cháng)的機器上以及在這樣的溫度分布水平下進(jìn)行測量。但是在我測得的較小的儀器上，就會(huì )發(fā)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(gè)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(chēng)溫度為68F，并且機器和零件的溫度為72F，該怎么辦?此時(shí)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(gè)很好的解決方案?，F在，如果環(huán)境變?yōu)?7F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(guò)使用零件的CTE將機器重新校準到新的環(huán)境。我們還可以通過(guò)從機器的運動(dòng)中減去零件的運動(dòng)來(lái)縮放零件的程序，并計算總尺寸的比例?；蛘呶覀兛梢苑胖梦覀円恢痹谟懻摰挠性礄C器補償設備之一。
線(xiàn)性比例控制選項
還有一種簡(jiǎn)單，有效且便宜的設備，CMS目前正在使用它來(lái)糾正所有這些瘋狂的動(dòng)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(cháng)度的軸。該設備是線(xiàn)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(huán)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(dòng)其讀取的距離。我們這里的另一個(gè)選擇是將秤與機器運動(dòng)隔離開(kāi)，并僅控制秤內部或周?chē)沫h(huán)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(wú)論外部條件如何，始終可以正確校準機器?，F在仍然需要考慮零件運動(dòng)，但是這給了我們更少的變量來(lái)考慮。
我希望這能給您更多有關(guān)可用系統的信息，以及較好的選擇是什么，以幫助保持定位精度。
