Способ контроля температур и тепловых деформаций металлорежущего станка и устройство для его осуществления

Способ контроля температур и тепловых деформаций металлорежущего станка и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<>998092

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 081081 (21) 3347467/25-08 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опублииковано 230283. Бюллетень ¹ 7

Дата опубликования описания 23.0283

Р МК з.

В 23 Q 15/18

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

f33} YPlC 621.923. 04 (088.8) высшее техническое училище им. Н.Э. Баумана (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУР И ТЕПЛОВЫХ

ДЕФОРМАЦИЙ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано для определения теплового режима работы различного оборудования.

Известен способ определения температур нагрева и.тепловых деформаций металлорежущих станков, при котором измеряют температуру нагрева и тепловые деформации на каждой частоте вра.щения шпинделя в течение всего периода до стабилизации теплового режима металлорежущего станка (11 и (21 °

Недостатком известного способа яв ляется необходимость затрат большого количества времени, особенно на различных частотах вращения шпинделя, так как требуется охлаждение после достижения установившегося теплового режима на каждой частоте вращения шпинделя, Известно устройство для контроля температур и тепловых деформаций металлорежущих станков, состоящее из датчиков измерения температур и тепловых деформаций, блока усиления сигналов и блока записи цифровой и графической.информации. Датчики осуществляют контроль изменения температур . или тепловых деформаций металлорежущего станка, получаемые сигналы усиливаются в блоке усиления и передаются в блок записи цифровой или графической информации (2) ..

Недостатком данного устройства является- необходимость измерения температур и тепловых деформаций для определения их характера и величин в течение всего периода работы металлорежущего станка до наступления его тепловой стабилизации.

Целью изобретения является разработка способа и устройства ускоренного определения характера и величин температур и тепловых деформаций металлорежущих станков, Поставленная цель досгигается тем, что измерение температур и тепловых деформаций производят на разных частотах вращения шпинделя, когда происходит нагрев станка, или при отсутствии его вращения, когда происходит. охлаждение станка, через определенные и равные интервалы времени, иахоцят разность текущих и предшествующих величин температур и тепловых деформаций и по их сравнению выявляют характер их изменения, а по отношению определяют величины температур и телЗО ловых деформаций за весь период до

998092

-<)

40 и так далее", или (L)

41, = 4 4„- 4 I. p ) М. „= 4 1„- У, „

2-о 41 41 о 4" Ъ-о 4 "Ъ 4 "о.1

45 ъ- " ъ 4 ъ-о= 4 "ъ 4"о тепловой стабилизации металлорежущего станка.

Устройство для осуществления спосо-. ба снабжено блоком управления датчиками и блоком задания вращения шпинделя станка; последовательно включенными блоком определения и сравнения разностей предшествующих и текущих .температур и тепловых деформаций, блоком определения отношения этих разностей и блоком определения величин за весь период стабилизации металлорежущего станка, причем вход блока определения и сравнения разности подключен к выходу блока усилителей, выход бло-. ка определения величин подключен к входу блока записей, к другим входам которого подключены выходы блоков управления датчиками и задания частоты оборотов, другие выходы которых соответственно подключены к блоку датчи- 20 ков. и регулятору частоты оборотов шпинделя станка.

На Фиг. 1 показан график изменения тепловых деформаций; на фиг. 2 — график изменения температур нагрева; на фиг. 3 — схема устройства, реализующего способ.

На графиках сплошными линиями показаны данные, полученные при полных измерениях до тепловой стабилизации, а пунктирными — данные, полученные предлагаемым способом.

Способ заключается в том, что изменение тепловых деформаций металлорежущих станков происходит по различ- 35 ным законам, описываемым обобщенной функциональной зависимостью: а) при нагреве станка

4т =ьТ (-e " )-4ч (1-е э ) 3% М „("-е " ) ы,(-е ); б) при охлаждении станка . 47=от,Е +, (ъ) где dTо, 4То и 4ТУ - соответственно текущее значение измеряемых температур и установившиеся значения температур доминирующих источников тепловыделения станка, формирующих значео о о ние b.Т, =Д,TîÓ4 — 4Т о

4L, 41„И и41,У вЂ” соответственно текущее значение измеряемых тепловых деформаций и установившиеся значения тепловых деформаций двух узлов станка с наибольшими тепловйми смещениями, формирующих результирующее значение 4?. = 41" -4 <,.

В, В и ВΠ— температурные факторы, характеризующие скорость изменения соответственно температуры наг- б0 рева и охлаждения (или тепловых деформаций);

C- время.

Это позволяет определить характер и величины температур и тепловых де- g5 формаций при нагреве и охлаждении металлорежущего станка в любой период времени до его тепловой стабилизации на основе информации, полученной за короткий промежуток времени для заданного количества частот вращения шпинделя. Характер изменения температур и тепловых деформаций зависит от соотношения параметров 4Т„ и 47„,4L„„,N 4L>, а также В и В . При этом в зависимости от различных взаимных соотношений указанных величин возможны различные функции, определяющие тот или иной характер изменения температур и тепловых деформаций.

Например1 при В = В для любых соотношений 4То „ и 4ТУ или ЬТУ и

У3

4ЬУ имеем экспоненциальный характер изменения температур или тепловых деформаций. о

IlPH В .В H 4ТУ, 7 4 ТУд HJ1H о

bTyy<4T, а также 4L9<74L или

4Ьу 4Ъу имеем знакопеременный характер изменения укаэанных величин и т.п.

Для ускоренного определения пара= метров В . и В, ЬТ, ДЬУ1, 4Т, и

О о

4Lgg измерение температур нагрева .

АТ, 4Т, 4Тъ и ЪТ4 и тепловых деФормаций Ы1, 4Ь, Ьь > и ЬЬд производят в течение времени, много меньшего времени тепловой стабилизации станка, .через периоды времени Qq, Г, С> и ."4 с равными интервалами между ними, после чего находят их разности

4 о=4 4 о 4 =4 4

0 0 о О о

4 -о-4т -4т„dT> =4ть-4Ч ;

ЛЪ»„=A Ъ bTl 4ТЪ p=d÷ъ-К @ и т.д.

Тогда, например, при соотношениях

ЬТ гЬТЪ 74То или Ыг <74LЪ < Т4 имеем экспоненциальный характер изменения температур или тепловых деформаций. При 4Т,, У4Ть g

b.L><< dL4>- знакопеременный характер изменения указанных величин и т.п.

Величины В„и В«, ЬТ, и ЬТ о

Ь?.У и4?.У определяют по измерениям температур двух узлов станка с доми-. нирующими источниками тепловыделения, а тепловые деформации определяют по измерениям тепловых смещений двух узлов станка, имеющих наибольшие тепловые деформации.

Расчет укаэанных величин производят по формулам, полученным исходя из соотношений указанных выше разностей

4Т u AL.

998092

Аналогично определяют величины В

В>, dTf и bL> для других функциональных зависимостей.

Например, через периоды времени д) Г 15 мин, (," = 30 мин, Г = 45 мин, .

60 мин получены значения тепловых деформаций, соответственно равные, ДЬ4 = 4,5 мкм, dLg = 8 мкм, ДLq 11 мкм

14 мкм. Находим разности d L = 25

2-0

8 мкм, d L 4 = б мкм. Сравнение величин dЬдо фЬ42 показывает, что ха, рактер изменения тепловых деформаций экспоненциаль ный.

Тогда из формул (6) и (7) находим:ЗО

1 8

В =В = ---- lп--- = 0,57 ч

1 2 0 5 б

82

bLy = -.------- = 32 мкм.

8 — 6

При измерении. температуры через пе риоды времени 30 и 60 мин получено

Ь 2 = 2,7 С; ЬТ = 4,8 С, тогда

bT = 2,7 С. ЬТ22 < = 2,1 С

Иэ формул (4) и (5) находим 40

1 2 7.

В = ---- ln - =0,62 ч 1

0,5 2,1

Я дТ --- --- = 12,15 С. о 2 7

45 3 2,7-2, 1

Устройство, реализующее описанный способ контроля температур и тепловых деформаций металлорежущего станка l, . состоит из датчиков 2, измеряющих температуру и тепловые деформации испытываемого металлорежущего станка 1, блока 3 усиления сигналов, блока 4 записи цифровой и графической информации, блока 5 управления датчиками, блока б задания частот вращения эпин-5 деля, блока 7 определения и сравнения разностей текущих и предшествующих величин температур и тепловых деформаций, блока 8 определения отношения этих.разностей и блока 9 определения 6 величин температур и тепловых деформаций эа весь период до тепловой стабилизации металлорежущего станка.

Устройство работает следующим образом. 6

Формула изобретения

1. Способ контрОля температур и тепловых деформаций металлорежущего станка, заключающийся в измерении температур и тепловых деформаций s течение времени, меньшего времени тепло" вой стабилизации станка, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью ускорения определения характеристик и величин изменения температур и тепловых деформаций, их измерение произ-водят при нагреве и охлаждении станка через равные интервалы времени, находят разность текущих и предшествующих величин температур и тепловы< де ц формаций и по полученным разностям определяют характер изменения, а по отношению этих разностей — величины температур и тепловых деформаций за весь период до тепловой стабилизации

5 металлорежущего станка.

Для экспоненциального характера изменения температур и тепловых деформаций

Информация о температуре (AT ) и тепловых деформациях (AL) измеряется на металлорежущем станке 1 датчиками2, частота вращения шпинделя которого задается блоком 6. Получаемая информация с датчиков 2 усиливается в блоке 3 и поступает в блок 7, в котором происходит определение и сравнение разностей измеряемых температур и тепловых деформаций. Последовательность работы датчиков 2 управля.ется блоком 5. Одновременно с этим информация с блока 7 поступает в блок

8, где происходит определение отношений получаемых разностей. Блок 9 по информации с блоков 7 и 8 определяет величины температур и тепловых дефор" маций эа весь период до тепловой стабилизации и отображает ее в блоке 4 в цифровом или графическом виде.

Использование данного изобретения позволяет значительно сократить проведение испытаний металлорежущих станков или их отдельных узлов с целью определения температур их.нагрева и тепловых деформаций, по которьм производят оценку качества изготовления .и сборки металлорежущего станка или его узлов. Сокращение времени испй- таний обеспечивает получение экономии заработной платы и электроэнергии, ; уменьшает количество контрольных позиций в цехе, что обеспечивает экономию производственных площадей, а также сокращает цикл производства металлорежущих станков и их узлов;

В процессе эксплуатации металлорежущих станков изобретение позволяет быстро определить величину и характер изменения температур и тепловых деформаций с целью их последукицей компенсации и повышения точности обработки деталей.

998092

АЫмки7

2. Устройство для контроля температур и тепловых деформаций металлорежущего станка, содержащее датчики измерения температур и тепловых деформаций, блоки усиления и записи, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью ускорения процесса вычисления, оно снабжено блоком управления датчиками, блоком задания вращения шпинде-, ля станка, последовательно включенными блоком определения и сравнения раз о ностей предшествующих и текущих температур и .тепловых деформа.ций, блоком определения отношения этих разностей и блоком определения величин за весь период стабилизации металлорежущего I5 станка, причем вход блока определения и сравнения разности подключен к выходу блока усилителей, выход блока определения величин подключен к входу блока записей, к другим входам которого подключены выходы блоков управления датчиками и задания частоты оборотов, другие выходы которых соответственно подключены к блоку датчиков и регулятору частоты оборотов шпинделя станка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Соколов Ю.Н. Расчет температурных полей и тепловых деформаций. М., ЦБТИ, ЭНИМС, с . 8 2.

2. МесЬапЫс, 1972, Р 4, с.185189.

998092

Тира,ж 758 Подписное

ВНИИПИ Государствечного комитета СССР го делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-3 5, Раушская наб., д. 4/5

Закаэ 1024/24

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Жиганов

Редактор И. Николайчук Техред М.Тепер Корректор К). Макаренко