【技术实现步骤摘要】
一种内喷式冷却主轴精度自愈方法
[0001]本专利技术属于数控机床主轴热变形
,特别涉及一种内喷式冷却主轴精度自愈方法。
技术介绍
[0002]在航空航天等领域,为满足极端工况下的高使役性能要求,高端装备中的核心零部件广泛采用以钛合金、复合材料为代表的先进材料。但是,上述材料往往呈现出高粘、高韧、低热导率等难以加工的特性,加工中切削温度高,乳化液冷却效能明显不足。实验表明对切削局部区域施以超低温介质如液氮,能够有效降低钛合金等难加工材料在切削加工中极高的切削热,改善材料切削性能、提高刀具寿命,并代替传统切削液,实现绿色制造。这种采用液氮作为冷却剂、润滑剂的切削方式称为超低温切削。超低温冷却介质的施加方式主要包括刀具外喷淋冷却和刀具中内喷式冷却。外喷式冷却是基于常规冷却的设计思路,利用外置喷嘴对切削点的外围区域进行漫灌式冷却,在现有条件下较容易实施,然而冷却介质利用率往往较低、机床功能集成性较差。内喷式冷却是将液氮等超低温介质通过主轴和刀柄的内腔通道引导至刀尖处,实现对切削点的直接定量冷却,冷却效能高,提高了冷却介质利用率,势必成为超低温加工技术的发展趋势。在内喷式冷却技术上发展而来的内喷式冷却机床也成为提高超低温切削性能的关键装备,2010年美国MAG公司研制出迄今为止唯一商用的液氮内喷式超低温冷却机床并成功应用于F35的零件制造中。
[0003]此外,数控机床逐渐向高速、高精方面发展,但是精密数控机床在运行中由于受到内、外热源的耦合影响,致使工件与刀具之间相对运动关系遭到破坏,从而降低了机床的加工精度 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种内喷式冷却主轴精度自愈方法,其特征在于,利用热电制冷器(4)作为主动热控制装置,基于主轴精度自愈控制策略实时调整热电制冷器(4)的制冷效率Q
c
实现内喷式超低温加工机床温度场平衡,继而消除内喷式冷却主轴的热倾斜误差实现主轴的精度自愈;具体步骤如下:步骤1,内喷式超低温加工机床的温升敏感点以及热倾斜误差测试;先于内喷式超低温加工机床上布置两个温度传感器,并采取位移传感器1(11-2-a)和位移传感器2(11-2-b)测量主轴末端的热倾斜误差e
θ
,位移传感器1(11-2-a)的测量值e1,位移传感器2(11-2-b)的测量值e2,则热倾斜误差依据如下公式计算:让机床正常运行,采集相应的温度传感器数据和位移传感器数据;根据相关性分析选取和热倾斜误差e
θ
相关性较大的温度传感器的值作为关键点,关键点上表面温度传感器(6)的测量值为T1、下表面温度传感器(9)的测量值为T2;布置热电制冷器装置(4);步骤2:不打开热电制冷器而正常运行机床通过几组机床关键点温度值[T1、T2]1、[T1、T2]2……
[T1、T2]
n
和对应的热倾斜误差测量点的位移传感器测量值[e1、e2]1、[e1、e2]2……
[e1、e2]
n
,建立关于关键点温度的热倾斜误差模型如下:e
θ
=k1T
1-k2T2+β
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(0.2)式(1.2)中e
θ
—主轴末端热倾斜误差;T1—上表面温度传感器(6)的测量值;T2—下表面温度传感器(9)的测量值;k1、k2、β—模型待辨识参数,根据最小二乘法如式(1.3)进行确定;式(1.3)中e1—位移传感器1(11-2-a)的测量值;e2—位移传感器2(11-2-b)的测量值;L—位移传感器1和位移传感器2间的距离;i—第i次试验;c—总共c次试验;只打开热电制冷器,不断改变热电制冷器的输入电流I,通过对热电制冷系统关键点温度值[T]
n
和电流[I]
n
之间的关系建立热电制冷器制冷功率的数学模型:Q
c
=f(I)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(0.4)式(1.4)中Q
c
—热电制冷器制冷功率;I—热电制冷器的输入电流;f—I和Q
c
之间的数学关系;步骤3:机床电机发热量Q
M
、轴承热源发热量Q
r
、冷却介质热交换量Q
L
计算公式(1.5)~(1.7):Q
r
=1.047
×
10-4
M
×
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(0.6)Q
L
=h...
【专利技术属性】
技术研发人员:王永青,班仔优,刘阔,韩伟,姜少玮,韩灵生,刘海波,
申请(专利权)人:大连理工大学,
类型:发明
国别省市:
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