CN108857280B - 一种用于直观检测卧式车床热误差的样件加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于直观检测卧式车床热误差的样件加工方法，属于数控机床热误差测试技术领域。针对目前热误差测试方法多使用专业仪器且在空载状态下进行，本发明应用一个圆柱形工件和一把外圆车刀，在冷态和不同热状态下对端面和外圆进行一组车削加工。随着机床热误差增大，在工件端面和外圆会形成一组同心圆台。端面同心圆台的高度越大说明在Z方向的热误差越大。外圆同心圆台的宽度越大说明在X方向的热误差越大。本发明的优点在于：采用实际加工样件进行热误差测量，比空载时进行热误差测试更贴近实际。且通过肉眼就可直观观察，不需要专业设备。仅使用一个样件和一把刀具，通过端面和外圆的特征可体现机床X和Z两个个方向的热误差。

Description

一种用于直观检测卧式车床热误差的样件加工方法

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卧式车床热误差的样件加工方法。

背景技术

目前针对数控机床热误差测试方法，国内外学者进行了大量研究。在专利“一种机床主轴热误差的测试系统及测试方法”，申请号：CN201210219768.9中，提出了基于温度传感器和距离传感器的主轴轴向和径向热误差测试方法。在专利“一种用于立式加工中心线性轴热定位误差的测试方法”，申请号：CN201710204395.0中，提出了基于激光干涉仪的线性进给轴热误差测试方法。在专利“模拟工况载荷条件下机床主轴热误差测试试验方法”，申请号：CN201010292286.7中，采用模拟工况载荷主轴加载装置模拟工况载荷进行加载，在该加载情况下使用电涡流传感器测试主轴运转过程中的热误差。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：CN201310562312.7中，通过主轴在不同热状态下，在一个立方体工件上加工出一组小孔，通过电子显微镜和位移传感器等仪器对这些小孔进行检测，根据检测结果可以对机床Z方向热误差进行评估。日本的大隈公司提出了一种热矩阵加工方法，可以直观的看出机床在Z方向的热误差。

通过对研究现状的分析，可以发现目前热误差测试存在以下问题

(1)许多机床热误差测试方法需要使用激光干涉仪和位移传感器等专业仪器设备，在缺乏设备的条件下无法应用。且这些方法基于机床空载状态，与实际加工存在差别。

(2)目前通过工件来反应机床热误差的方法大多针对铣床，且只能体现Z方向的热误差。

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卧式车床热误差的样件及其加工方法。该方法通过圆柱形工件端面和外圆的特征，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：

一种用于直观检测卧式车床热误差的样件加工方法，步骤如下：

第一步，准备刀具和工件

选取一把外圆车刀和一个圆柱形工件；首先用外圆车刀对圆柱形工件端面进行加工，保证该端的平面度和光洁度；之后用外圆车刀进行外圆加工，保证外圆的光洁度；准备工作完成后，圆柱形工保持装卡状态，机床关机断电进行充分的冷却；

第二步，冷态加工

机床充分冷却后，对端面，在以外圆为基准向内Ld的区域内，以Dd切深进行加工；对外圆，在以端面为基准，长度Lw的区域内，以切深Dw进行加工；

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段时间，针对端面，在以外圆为基准向内Ld-n×Sd的区域内，0切深进行加工；针对外圆，在以端面为基准，长度Lw-n×Sw的区域内，以0切深进行加工；n为热机后的加工次数；

第四步，加工结果分析

若机床在沿Z轴的热误差方向为刀具靠近工件，那么在热机加工端面时虽然设置的切深为0，但产生热误差后，加工时就产生切深，且该切深随着热误差增加而变大；此时加工后工件端面就形成一组宽度为Sd的同心圆台，圆台的高度越大说明机床沿Z轴的热误差越大；若加工后端面没有出现一组同心圆台，则说明机床沿Z轴的热误差方向为刀具远离工件，此时在第二步中的端面切深Dd要增加，并大于机床Z方向热误差的预估值，在“第三步”中加工端面的过程修改为：在以外圆为基准向内Ld+n×Sd的区域内，以0切深进行加工；加工后在端面出现一组宽度为Sd的同心圆台；

若机床沿X轴的热误差方向为刀具靠近工件，那么在热机加工外圆时虽然设置的切深为0，但产生热误差后，加工时产生切深，且该切深随着热误差增加而变大；此时加工后工件外圆形成一组高度为Sw的同心圆台，圆台的宽度越大说明机床沿X轴的热误差越大；若加工后外圆没有出现一组同心圆台，则说明机床沿X轴的热误差方向为刀具远离工件，此时在第二步中的外圆切深Dw要增加，并大于机床X方向热误差的预估值，在“第三步”中加工外圆的过程修改为：在以端面为基准，长度Lw+n×Sw的区域内，以0切深进行加工；加工后工件外圆就会形成一组高度为Sw的同心圆台。

本发明的有益效果：

(1)采用实际加工样件进行热误差测量，比空载时进行热误差测试更贴近实际。且通过肉眼就可直观观察，不需要专业设备。

(2)仅使用一个样件和一把刀具，通过端面和外圆的特征可体现机床X和Z两个方向的热误差。

附图说明

图1为样件加工流程图。

图2为样件模型图。

图3(a)为端面加工过程示意图。

图3(b)为端面加工特征侧视图。

图3(c)为端面加工特征正视图。

图4(a)为外圆加工过程示意图。

图4(b)为外圆加工特征侧视图。

图4(c)为外圆加工特征正视图。

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，下面以某型两轴卧式车床为例，结合附图对本发明的实施方式进行说明。

第一步，准备刀具和工件

选取一把外圆车刀和一个长150mm，直径50mm的圆柱形工件。首先用车刀对工件端面进行加工，保证该面的平面度和光洁度；之后用车刀进行外圆加工，保证外圆的光洁度。准备工作完成后工件保持装卡状态，机床关机断电进行充分的冷却。

第二步，冷态加工

机床充分冷却后，对端面，在以外圆为基准向内20mm的区域内，以10μm切深进行加工；对外圆，在以端面为基准，长度100mm的区域内，以10μm切深进行加工。

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1500r/min的转速运行；在X轴-50mm～-200mm和Z轴-300mm～-100mm范围内，以进给速度8000mm/min做两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30min，针对端面，在以外圆为基准向内(20-n×5)mm(n为热机后的加工次数)的区域内，以0切深进行加工；针对外圆，在以端面为基准，长度(100-n×20)mm(n为热机后的加工次数)的区域内，以0切深进行加工。热机90min后结束热机和加工。

第四步，加工结果分析

加工完成后，在端面形成了一组宽度为5mm的同心圆台，这说明机床沿Z轴的热误差方向为刀具靠近工件；在外圆形成了一组高度为20mm的同心圆台，这说明机床沿X轴的热误差方向为刀具靠近工件。

Claims (1)

1.一种用于直观检测卧式车床热误差的样件加工方法，其特征在于，步骤如下：

第一步，准备刀具和工件

选取一把外圆车刀和一个圆柱形工件；首先用外圆车刀对圆柱形工件端面进行加工，保证该端面的平面度和光洁度；之后用外圆车刀进行外圆加工，保证外圆的光洁度；准备工作完成后，圆柱形工件保持装卡状态，机床关机断电进行充分的冷却；

第二步，冷态加工

机床充分冷却后，对端面，在以外圆为基准向内Ld的区域内，以端面切深Dd进行加工；对外圆，在以端面为基准，长度Lw的区域内，以外圆切深Dw进行加工；

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段时间，针对端面，在以外圆为基准向内Ld-n×Sd的区域内，0切深进行加工；针对外圆，在以端面为基准，长度Lw-n×Sw的区域内，以0切深进行加工；n为热机后的加工次数；

第四步，加工结果分析

若机床在沿Z轴的热误差方向为刀具靠近工件，那么在热机加工端面时虽然设置的切深为0，但产生热误差后，加工时就产生切深，且该切深随着热误差增加而变大；此时加工后工件端面就形成一组宽度为Sd的同心圆台，圆台的高度越大说明机床沿Z轴的热误差越大；若加工后端面没有出现一组同心圆台，则说明机床沿Z轴的热误差方向为刀具远离工件，此时在第二步中的端面切深Dd要增加，并大于机床Z方向热误差的预估值，在“第三步”中加工端面的过程修改为：在以外圆为基准向内Ld+n×Sd的区域内，以0切深进行加工；加工后在端面出现一组宽度为Sd的同心圆台；

若机床沿X轴的热误差方向为刀具靠近工件，那么在热机加工外圆时虽然设置的切深为0，但产生热误差后，加工时产生切深，且该切深随着热误差增加而变大；此时加工后工件外圆形成一组高度为Sw的同心圆台，圆台的宽度越大说明机床沿X轴的热误差越大；若加工后外圆没有出现一组同心圆台，则说明机床沿X轴的热误差方向为刀具远离工件，此时在第二步中的外圆切深Dw要增加，并大于机床X方向热误差的预估值，在“第三步”中加工外圆的过程修改为：在以端面为基准，长度Lw+n×Sw的区域内，以0切深进行加工；加工后工件外圆就会形成一组高度为Sw的同心圆台。

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