CN108838627A - 一种用于直观检测立式铣床热误差变化的样件加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于直观检测立式铣床热误差变化的样件加工方法。立方体工件的上端面和两个相邻侧面为加工面，在冷态和不同热机状态下，在上端面进行一组微小切深的钻孔加工，在两个侧面进行一组宽度固定，高度逐次递减的表面铣削加工。随着机床运行热误差变大，在上端面会形成一组宽度逐渐变大的圆环刀痕，在两个侧面会形成台阶状表面。本发明优点：采用实际加工样件方式进行热误差测量，比空载时进行热误差测试更贴近实际。仅使用一个样件和一把刀具，通过三个加工面的特征可体现机床X、Y和Z三个方向的热误差。根据加工面的特征，通过肉眼就可以观察出机床热误差水平，而不需要任何专业仪器，对于在缺乏仪器时直观对比机床热误差有重要意义。

Description

一种用于直观检测立式铣床热误差变化的样件加工方法

技术领域

本发明属于数控机床热误差测试技术领域，具体为一种用于直观检测立式铣床热误差变化的样件加工方法。

背景技术

机床热误差的大小直接决定了单个工件的加工精度及批量工件加工的一致性。热误差检测是进行热误差评价和补偿的基础。目前大多国内外学者针对机床空载情况下的热误差测试方法和建模方法进行研究。但实际加工会与空载存在差别。针对实际加工时的热误差检测，日本的大隈公司提出了热矩阵方法，即机床在不同热状态下，在经过精加工的平面上沿纵向和横向加工出深度为2μm的刻痕，通过刀具轨迹可以清晰地看出机床在Z轴方向产生的热变形。在专利“基于铣削小孔的数控机床切削热误差测试和评价方法”，申请号：

201310562312.7中提出了在机床不同热状态下在工件表面进行钻孔加工，通过电子显微镜和轮廓仪等设备测量孔径、孔深和表面粗糙度等物理量，并以此来评价机床热误差水平。

目前机床热误差测试存在以下问题：

(1)大多是针对空载状态下的机床进行热误差测试，测试结果与实际加工时存在差别；

(2)现有的通过加工工件来反应机床热误差的方法均针对机床Z方向的热误差，而缺乏针对X和Y方向热误差的方法。且有些方法需要较多专业设备进行检测，很难通过肉眼直接观察。

发明内容

针对目前机床热误差测试存在的问题，本发明提出了一种用于直观检测立式铣床热误差变化的样件及其加工方法。该方法通过三个加工平面的特征，可以用肉眼直观地看出机床热误差水平。

本发明的技术方案为：

一种用于直观检测立式铣床热误差变化的样件加工方法，步骤如下：

第一步，准备工件和刀具，确定加工表面

准备一个立方体工件和一把立铣刀；将立方体工件用夹具固定在工作台上，侧面分别沿X和Y方向放置；三个加工表面确定方法如下：

(1)将立方体工件上端面确定为加工面A；

(2)在沿X方向的两个侧面中，将随着机床X方向热误差增加，表面加工时切深变大的侧面确定为加工面B；

(3)在沿Y方向的两个侧面中，将随着机床Y方向热误差增加，表面加工时切深变大的侧面确定为加工面C；

对确定的三个加工面用立铣刀进行铣削加工，保证其平面度和光洁度；加工完成后工件保持装夹状态，机床关机断电进行充分的冷却；

第二步，冷态加工

待机床充分冷却后，在加工面A上以D_A切深钻两个孔；对加工面B和加工面C，在以加工面A为基准，宽度W、高度H的区域，以D_BC切深进行表面铣削；

第三步，热机加工

在保证不干涉的前提下，进行空运转热机，具体方式为：主轴以一定转速运行；进给轴以一定进给速度，在一定范围内往复运动；

在热机过程中，每隔一定时间按顺序在加工面A上以D_A切深钻两个孔；对加工面B和加工面C，在以加工面A为基准，宽度W、高度H-20×n的区域，其中n为热机后的加工次数，以0切深进行表面铣削，在机床接近热平衡后结束热机和加工；

第四步，加工结果分析

由于立铣刀的端部形状为圆周部位凸出，因此以微小切深在上表面钻孔得到的是圆环钻痕；随着机床Z方向热误差变大，加工面A钻孔的切深随之变大，因此圆环钻痕的宽度变大，圆环宽度变化越大说明Z方向热误差越大；随着机床X方向和Y方向热误差变大，热机状态下加工面B和加工面C铣削时产生切深，且该切深也随之变大，因此在加工面B和加工面C形成n级台阶；加工面B台阶的宽度越大说明沿X方向的热误差越大，C面台阶的宽度越大说明沿Y方向的热误差越大。

本发明的有益效果在于：通过肉眼观察就可得出机床热误差情况，便于对机床的加工精度进行预估和判断，减小废品率，提高加工效率。

本发明与现有方法相比，具有如下优点：

(1)采用实际加工样件方式进行热误差测量，比空载时进行热误差测试更贴近实际。

(2)仅使用一个样件和一把刀具，通过三个加工面的特征可体现机床X、Y和Z三个方向的热误差。

(3)根据加工面的特征，通过肉眼就可以观察出机床热误差水平，而不需要任何专业仪器，对于在缺乏仪器时直观对比机床热误差有重要意义。

附图说明

图1为样件加工流程图。

图2为样件模型图。

图3为样件A面加工特征正视图。

图4为B面和C面加工加工过程。

图5(a)为B面和C面加工特征正视图。

图5(b)为B面和C面加工特征侧视图。

具体实施方式

为了使本发明技术方案和优点更加清晰明了，下面以某型三轴立式加工中心例，结合附图对本发明的实施方式进行说明。

一种用于直观检测立式铣床热误差变化的样件加工方法，步骤如下：

第一步，准备工件和刀具，确定加工表面

选取一块长×宽×高为150mm×150mm×120mm的铝合金工件和一把四刃立铣刀。将工件用夹具固定在工作台上。三个加工表面确定为：

(1)A面为工件上端面；

(2)B面为工件面向X轴正方向的侧面；

(3)C面为工件面向Y轴正方向的测面；

对确定的A、B和C面进行铣削加工，保证其平面度和光洁度。加工完成后工件保持装夹状态，机床关机断电进行充分的冷却。

第二步，冷态加工

机床冷却四小时后，在A面以5μm切深钻两个孔；对B面和C面，在以A面为基准，宽度150mm，高度50mm区域，以10μm切深进行表面铣削。

第三步，热机加工

在保证不干涉的前提下，进行空运转热机，具体方式为：主轴以8000r/min的转速运行；在X轴185mm～450mm、Y轴-130mm～-370mm和Z轴-302mm～-47mm范围内，以进给速度8000mm/min做三轴直线插补往复运动。热机运动的程序如表1所示。

表1热机的CNC程序

在热机过程中，每隔20min按顺序在A面以5μm切深钻两个孔，如图3所示；对B面和C面，在以A面为基准，宽度150mm，高度(50-10×n)mm(其中n为热机后的加工次数)区域，以0μm切深进行表面铣削，加工过程如图4所示。在机床热机80min后结束热机和加工。

第四步，加工结果分析

由于立铣刀的端部形状为圆周部位凸出，因此以微小切深在上表面钻孔得到的是一组圆环钻痕。随着机床Z方向热误差变大，A面钻孔的切深会随之变大，因此圆环钻痕的宽度会变大，圆环宽度变化越大说明Z方向热误差越大；随着机床X方向和Y方向热误差变大，热机状态下B面和C面铣削时会产生切深，且该切深也会随之变大，因此在B面和C面会形成n级台阶，如图5所示。B面台阶的宽度越大说明沿X方向的热误差越大，C面台阶的宽度越大说明沿Y方向的热误差越大。

Claims (1)

1.一种用于直观检测立式铣床热误差变化的样件加工方法，其特征在于，步骤如下：

第一步，准备工件和刀具，确定加工表面

准备一个立方体工件和一把立铣刀；将立方体工件用夹具固定在工作台上，侧面分别沿X和Y方向放置；三个加工表面确定方法如下：

(1)将立方体工件上端面确定为加工面A；

(2)在沿X方向的两个侧面中，将随着机床X方向热误差增加，表面加工时切深变大的侧面确定为加工面B；

(3)在沿Y方向的两个侧面中，将随着机床Y方向热误差增加，表面加工时切深变大的侧面确定为加工面C；

对确定的三个加工面用立铣刀进行铣削加工，保证其平面度和光洁度；加工完成后工件保持装夹状态，机床关机断电进行充分的冷却；

第二步，冷态加工

待机床充分冷却后，在加工面A上以D_A切深钻两个孔；对加工面B和加工面C，在以加工面A为基准，宽度W、高度H的区域，以D_BC切深进行表面铣削；

第三步，热机加工

在保证不干涉的前提下，进行空运转热机，具体方式为：主轴以一定转速运行；进给轴以一定进给速度，在一定范围内往复运动；

在热机过程中，每隔一定时间按顺序在加工面A上以D_A切深钻两个孔；对加工面B和加工面C，在以加工面A为基准，宽度W、高度H-20×n的区域，其中n为热机后的加工次数，以0切深进行表面铣削，在机床接近热平衡后结束热机和加工；

第四步，加工结果分析

由于立铣刀的端部形状为圆周部位凸出，因此以微小切深在上表面钻孔得到的是圆环钻痕；随着机床Z方向热误差变大，加工面A钻孔的切深随之变大，因此圆环钻痕的宽度变大，圆环宽度变化越大说明Z方向热误差越大；随着机床X方向和Y方向热误差变大，热机状态下加工面B和加工面C铣削时产生切深，且该切深也随之变大，因此在加工面B和加工面C形成n级台阶；加工面B台阶的宽度越大说明沿X方向的热误差越大，C面台阶的宽度越大说明沿Y方向的热误差越大。