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當前位置: 首頁 > 新聞頻道 > 安裝調試 > CA6140車床主軸箱熱變形測試系統
CA6140車床主軸箱熱變形測試系統
來源:中國數控機床網   發表時間:2019-3-17 17:11:00  瀏覽次數:
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在機械加工過程中,由于各種內在因素和外在因素的影響致使機床的溫度不斷變化,由溫度的變化引起的機床及其工藝系統產生熱變形,因而引起加工誤差;據統計,在現代機床上被加工工件的制造誤差中,因熱變形所引起的誤差高達50%在精密加工中約占40%~70%,而機床熱變形引起的加工誤差占25~75%;對車床而言,主要熱源來自主軸箱,它發熱多,溫升高,導致箱體與床身的變形翹曲,使主軸產生熱位移與熱傾斜,影響產品的加工精度,所以本文以CA6140車床為研究對象,著重探討其主軸箱熱變形的測試方法。

 

  1問題的簡化主軸箱影響加工質量的主要原因是主軸軸線對床身的傾斜,而引起主軸箱傾斜的原因在于前后箱壁由于溫升所引起的壁面方向位移不等;由于前后箱壁的厚度比長寬小得多,加上金屬導熱比較快,因而可近似認為穩定時厚度方向溫度不變,溫度只沿長寬方向變化,這樣就把三維空間溫度場簡化為二維平面溫度場。

  二維平面、無內熱源穩定溫度場導熱方程為:可用解析法和數值計算法求解溫度場,從而計算熱變形。但是,我們發現,為了準確反映主軸箱部件的不同位置溫度變化情況,通常測試點達50甚至1⑴點之多,而且測點布置應能反映溫度場真實情況,這往往要求把箱壁分割成有限數目的網格單元,而在主軸孔四周應有均布節點,且遵循外疏、內密原則分布;顯然,測試工作量大,受人為干擾因素多。

  在研究的重點是主軸箱熱變形對工件加工精度影響的情況下,可以將問題進一步簡化。首先,基于和討論穩態溫度場時的同樣考慮,將三維的熱位移問題簡化為彈性力學平面應力問題;針對主軸箱熱變形后引軸前端和后端呢不等的情況它具體測軸前端和后端的升高量,再根據其余有關參量,即可計算出因主軸箱熱變形而引起的主軸傾斜量。

  2測試方案及硬件組成傳統的測量機床主軸箱熱變形的方法是使用一次儀表,直接讀取被測點的溫度值和位移值這種方法簡單直接,但費時費力,測量精度受人為因素影響較大,精度較低,因此擬采用微機進行自動測試,并進行數據處理、打印表格、繪制曲線、自動顯示測試結果等。測試方法借鑒車床主軸錐孔中心線的徑向跳動的檢測方法,在主軸錐孔內安一檢驗棒,在近主軸端及遠主軸端的水平方向和垂直方向各安放兩個位移傳感器,將四路位移模擬量通過信號調理器(主要是低通濾波,抑制干擾噪聲信號的高頻分量),然后經數據采集卡將模擬信號轉變成數字信號輸入計算機,微機對采集的數據進行實時分析處理,最后給出反映機床主軸箱熱變形的分析結果,以數據或圖表的形式在微機上顯示出來或聯機打印結果。測試系統總體結構框圖如所示。

  CA6140主軸箱檢驗棒檢驗棒:用熱膨脹系數極小的鎳鐵合金制成,安裝在機床主軸孔內。

  位移傳感器:采用電渦流傳感器,型號為CZF― 1000型,并配以BZF―1型變換器,將位移值成線性轉變為電壓值輸出,其輸出電壓為0~10V,因而不必放大就直接進入A板卡;圖中1、2為水平方向電渦流位移傳感器,3、4為垂直方向電渦流位移傳感器,這種傳感器能克服電容式傳感器的非線性、泄漏電容、分布電容的影響,測量范圍廣、線性范圍,大、體積小,抗干擾能力強,安裝和調整方便,受周打印機數據采集卡圍環境溫度影響小,不受環境的油污、水質之類介質理即可生成過濾曲線,它適于對周期數據的處理。圖影響。

  數據采集卡:采用臺灣研華公司的PCL據采集卡,其為8路12位AD1路12位DA16個數字量輸入及16個數字量輸出,并提供多路開關及繼電器控制等,完全能夠滿足系統功能和擴展功能要求。

  3軟件系統設計本測試軟件采用以VisualBasic6. 0作為主控程序和界面的多種語言混合編程方法和模塊化設計思想,使得程序結構清晰,各模塊均完成一個獨立的功能,便于系統的功能擴展與維護。根據其實現功能,主要包括初始化模塊、主控模塊、數據采集、數據處理、顯示及其它輔助功能等模塊。軟件系統的模塊結構框圖如所示。

  編制人機交互界面,并作為測試軟件的主控程序,完成系統初始化設置、調用其它功能模塊、人機交互、報警等輔助功能,負責整個系統的監控和軟件系統模塊功能圖管理。

  考慮到VB不具備直接對硬件IO地址進行訪問的函數,為了實現動態數據采集和處理,用VC 5.0編制對硬件端口訪問的DLL函數,然后由VB主程序調用,從而實現對1口的訪問和控制,既能保留VB設計界面的靈活和快捷友好,又能發揮DLL在3是采用微分過濾法處理數據所得到的曲線被VB調用的圖形顯示示例。(顯示為第四通道)過濾曲線的生成示例B.多項式曲線的生成:MATLAB利用polyfit和poyval兩個函數來對采集的數據進行多項式擬合,并采用多項式回歸處理;擬合次數的選擇應考慮擬合優度和數值特性,不宜太高或太低,應根據實際情況選擇適當的次數。是四次擬合曲線被VB調用的圖形顯示示例。

  四次擬合曲線的生成示例Windows環境下多個應用程序之間可共享代碼和資源,從而提高運行效率的優勢。

  數據平滑處理:由于隨機干擾的存在,使得用采樣離散數據繪成的曲線多呈現折線形式很不光滑,這表明采樣數據中的高頻成分比較豐富,為了削弱干擾的影響,提高曲線的光滑度,需要對采樣數據進行平滑處理;在本軟件中,利用最小二乘法原理對所采集的數據進行五點三次平滑處理,然后再利用數字濾波生成相應的曲線。

  6.0進行數據處理:MATLAB是目前國際上最具影響力、最有活力的數據處理分析計算軟件,并具強大的可視化和便捷的與其他語言程序接口的功能;在本軟件開發中,充分利用MATIAB強大數值分析和圖形顯示能力以及VB的優良的人機交互的優勢,共同實現數據的處理和顯示。

  法有多種,比較常用的是利用MATIAB的動態數據交換服務功能和MATLAB的ActiveX自動化服務功能;本文利用ActiveX協議成功地實現了在VB內部無縫地使用MATLAB功能的目的,它是利用剪貼板作為中轉站,將MATLAB產生的曲線放到剪貼板上,再利用函數調用剪貼板上的圖片。

  利用VB進行數據處理:VB本身也具備較強的數據處理能力,為了即時地與MATLAB生成的曲線進行比較,本系統采用VB來生成貝樣條曲線,并作為默認狀態。

  (4)數據的顯示、存儲、打印等功能模塊采集并處理后的數據,生成的圖形等能夠實時顯示,同時,對于歷史數據等也可以在檢索區中檢索到,在檢索區中有四組文本框和四個DATA控件,分別連接四個數據庫,用來查找四個通道的數據,數據庫是采用Access建成的;這樣,既可以方便地隨時查(下轉第181頁)據的兒個函數來對平滑處理后的數據進行處機床左右滑臺進給動作由電磁閥YV1而電磁閥的通斷則由行程開關SQ1 ~SQ8控制,在主軸進給與后退過程中,分布在各處的擋鐵碰撞相應的行程開關,發出相應的動作命令,各電磁閥動作如表2所左頭工步右頭潤滑快進快退原位潤滑根據電磁閥的動作表,自動循環時,利用移位寄存器的移位功能,可實現步進順序控制,使每一工步嚴格按順序動作。手動調整時,通過相關按鈕按動作要求直接點動各驅動器件。左滑臺工作的梯形圖如所示。

  3結束語本系統經過改造后,運行良好。PIC后,線路簡單,維修方便,故障率大大降低受到操作工及維修工的好評。另外,工藝程序變更時,只需修改程序,就可以適應新的加工要求,有助于企業的發展。

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