加工中心加工精度与温度补偿的应用

１’ 引 言
绝 大 多数 物 质 都具 有 “ 热胀 冷 缩 ” 的性 质 ，数 控 机床 的各个 部 件 也会 受 到 这些 “ 胀冷 缩” 热
的影响，从而影响数控机床 的定位精度，最终影响工件 的加工精度。在现代化精密加工中， 由机床热变形所引起 的制造误 差占总制造误差的 ４ ％一Ｏ Ｏ ７ ％，加工精度要求越高，就越要消除
由热变形引起 的定位误差，因此高精度机床要求在规定的恒温条件下制造或使用 。
２ 温度变化对机床精 度 的影响
２１ 现象描 述 ．
Ｄ ＭＧ１３Ｖ立式加工中心在产品试制过程中经过长期大量实验和总结 ，发现其 】轴受温 ０５ ， 度影响较大 。具体现象为前道工序 的工艺定位孔在后道工序上作为加工定位基准 ，与后道工
第 １期
汽
齿
科
技
２１ ０ ２链
加 工 中， ￣ ｂＤ ｍ精度 与温度补偿 的应用
方 少 非
摘要 ： 温度会影响数控机床 的加 工精度， 分析数控机床 的热 变形如何影响产品的加工精度 。 通过最 简单 的温度补偿手段 消除数控机床的加工精度误差 。
关键词：热变形 ；加工精度 ；温 度补偿
２ ． ５５
轴
Ｏ ０ ００ ｌ ．０ Ｏｏ １ ．ｏ ００ ２ ．ｏ ０ｏ ２ ．ｏ Ｏｏ ２ ．０
Ｏ０ ３ ．ｏ
】轴 ，
０ Ｏｏ ５ ．ｏ ００ ８ ．ｏ ００１ ． ４ ００ ５ ．１ ０ ０１ ． ８ ０Ｏ ３ ．２
ＯＯ ７ ．２
３ 减 小 误 差 方 法
３１ 恒 温控 制 ．
根据表 １ 分析可知 ，若要保证工艺定位孔位置度 中Ｏ ５ ． ，需将环境温差控制在 １ １ 以内。 ２ ５２
若要保证工艺定位孔位置度 ①０１ ． ，需将环境温差控制在 ６ ＂ Ｃ以内。若要保证工艺定位孔位置 度 Ｏ ５ ． ，需将环境温差控制在 ３ ０ ℃以内。 在实际生产过程中环境温度较难控制 ，由于表 ｌ的测定是在车间内已开空调的情况下测
序所加工的要素间在 】轴方向上的偏差值较大 ，而后道工序本身所加工要素相互之间的位置 ，
度几乎可 以做到与名义值基本相同 （ １ 。验证方法为：在机床工作 台上装夹一对表圈，校 图 ）
正其圆心后 值和 】 归零，待温度发生变化后重新校正其圆心 比较 和 ｊ （ ２ ，Ｊ ， 值 ， 值 图 ） ， 轴
通过表 ｌ 数据分析 ，该加工中心 的 Ｊ轴受温度影响极大，但 当时设备的验收是如何通过 ，
的呢？通过实测数据分析，设备验收时的重复定位精度为 ０ ０ ｍ，而验收时的重复定位精 ． ８ｍ ０ 度是在较短时间内重复定位 ｌ ０次取最大值。在较短时间内设备的温度变化值应该不会超过
ｌ 因此当时认定重复定位精度合格。 ℃， 在加工产品时一道工序 的加工时间通常在 ３ ｍｎ左右 ， ０ ｉ 而最终精加工过程大约为 ５ ｉ ｎ以内， ｍ 在这相当短的时间内温度 的变化量也较小， 因此同一工
度 ３ ／ ｉ，进给速度最高 ２ ００ ｍ ｍｉ。 ０ ｍｎ ｍ ００ ／ ｎ ｍ ４ 存在问题说明 ． ２ 通过查阅各类 资料， ４Ｄ数控系统 自带温度补偿功能， ４Ｄ数控系统提供 了 ３ ８０ ８０ 个机床参 数 ：Ｄ ３ ０（Ｅ Ｏ Ｂ Ａ Ｕ ） Ｓ ４ ９０Ｔ ＭＰ Ｃ ＭＰ Ａ ＳＶ Ｌ Ｅ 位置无关温度补偿值 ；Ｄ ３ １ （Ｅｖ ＯＭＰ Ｓ ＯＰ Ｓ ４ ９ ０Ｔ ＩＰ Ｃ ｌ Ｌ ）
数值变化较大 。
图１
图２
・ ４・ ３
汽
齿
科
技
２１ ０ ２笼
２２ 原 因分析 ．
为了进一步检测温度对于机床定位精度 的影响，环境温度每变化 ０ 。 ． 进行一次复测并记 ５
录。
表１
温度
２ ． ２Ｏ ２ ． ２５ ２ ． ３Ｏ ２ ． ３５ ２ ． ４Ｏ ２ ． ４５ ２ ． ５Ｏ
得 的，因此在春秋两季不开空调的环境中，环境温度 的变化将会更大。
３２ 温 度补偿 ．
通过表 １ 数据分析可知，无论 轴和 Ｊ ， 轴的变化值多大，它与环境温度的变化基本上是
一
根按 一定 系数 变化 的斜线 （ 图 ３ 。 见 ）
第１ 期
方少非 ：加工 中， ￣ Ｉ精度 与温度补偿 的应用 ＯＨ
序 精 加工 要 素 间 的位 置 度误 差 也非 常 小 。并且 当时该 设备 生产 的产 品是重 卡 的上 盖和 后盖 ，
该产 品是选用螺栓孔钻扩铰作为后道工序的工艺定位孔 ，当产品加工完成后，两个作为工艺 定位孔的螺栓孔位置度只需满足 ０ ５ 吼 的位置度 即可 ， ． Ⅱ ２ 因此在 日常生产过程中基本可以满 足加工要求， 通过查阅以往报告也证实了该设备不同时期工艺定位ｌ ００ ６ ２ ．１ １ ５ ００ ８ ７ ．２ ０ １ Ｏ０ Ｏ ６ ．３ ２ ５ Ｏ０ ６ ２ ．３ ２ ２ ０ Ｏ ６ｌ ４ ．４ ７
００ ４ ３ ．５ ３ ２
２ ． ６Ｏ ２ ． ６６ ２ ． ７０ ２ ． ７５ ２ ． ８Ｏ
ｄＹ
。 Ｃ
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图 ３ 热变形 曲线
是否可以通过按 比例的补偿来消除温度产生的热变形呢？
４ ＤＭＧ 机床温度补偿
４１ 机 床 介绍 ．
Ｄ ＭＧ立 式加 工 中心 于 ２ ０ ０７年购 买 ，采用 西 门子 ８０ 数控 系统 ，主 轴采 用 Ｓ ０刀柄 ， ４Ｄ Ｋ４ 转 速范 围 ：２ － ００ｍｉ。该 设备行 程 轴 １３ ｍ、Ｙ轴 ５ ０ｎｌ、Ｚ轴 ５ ０ｍｍ。空行 程速 ０ ８０ ／ ｎ － ０５ｍ ６ ｑ ｎ ｌ
Ｏｏ ３ ．ｏ ＯＯ ４ ．Ｏ ００ ４ ．０ ００ ４ ．０ ０ｏ ５ ．０
００ ３ ．３ ００ ７ ．３ ００ ．４ ＯＯ ５ ．４ ００ ９ ． ４
Ｏ０ ６ ７ ．６ ２ ２ ００ ４ ３ ．７ ４ ｌ ＯＯ ０ ９ ．８ ３ ９ ００ ０ ５ ．９ ３ ５ ０ｏ ８ ０ ．９ ５ ９