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

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р 11998092 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(1 М, Кл.з В 23 Я 15/18 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088.8) ысшее техническое училище им. Н.Э. Бауман 54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУР И ТЕПЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ передаюти графийства явия темпе-для опреин в те- еталлореего теп 2 Изобретение относится к станкостроению и может быть использованодля определения теплового режима работы различного оборудования.Известен способ определения температур нагрева и.тепловых деформацийметаллорежущих станков, при которомизмеряют температуру нагрева и тепловые деформации на каждой частоте вращения шпинделя в течение всего периода до стабилизации теплового режимаметаллорежущего станка (11 и (2)Недостатком известного способа является необходимость затрат большогоколичества времени, особенно на различных частотах вращения кпинделя,так как требуется охлаждение последостижения установившегося тепловогорежима на каждой частоте вращенияшпинделя,Известно устройство для контролятемператур и тепловых деформаций металлорежущих станков, состоящее издатчиков 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 усиленияся в блок записи цифровойческой информации (2)Недостатком данного устроляется необходимость измеренратур и тепловых деформацийделения их характера и величчение всего периода работы мжущего станка до наступленияловой стабилизации.Целью изобретения является разработка способа и устройства ускоренного определения характера и величинтемператур и тепловых деформаций металлорежущих станков,Поставленная цель досгигается тем,что измерение температур и тепловыхдеФормаций производят на разных частотах вращения шпинделя, когда происходит нагрев станка, или при отсутствии его вращения, когда происходит.охлаждение станка, через определенныеи равные интервалы времени, находятразность текущих и предшествующих величин температур и тепловых деформаций и по их сравнению выявляют характер их изменения, а по отношению определяют величины температур и тепловых деформаций за весь период дотепловой стабилизации металлорежущего станка.Устройство для осуществления спосо-.ба снабжено блоком управления датчиками и блоком задания вращения шпинделя станка; последовательно включенными блоком определения и сравненияразностей предшествующих и текущих.температур и тепловых деформаций, блоком определения отношения этих разностей и блоком определения величин завесь период стабилизации металлорежущего станка, причем вход блока определения и сравнения разности подключенк выходу блока усилителей, выход блока определения величин подключен квходу блока записей, к другим входамкоторого подключены выходы блоков управления датчиками и задания частотыоборотов, другие выходы которых соответственно подключены к блоку датчиков. и регулятору частоты оборотовшпинделя станка.На Фиг. 1 показан график изменениятепловых деформаций; на фиг. 2 - график изменения температур нагрева; нафиг. 3 - схема устройства, реализующего способ,На графиках сплошными линиями показаны данные, полученные при полныхизмерениях до тепловой стабилизации, ЗОа пунктирными - данные, полученныепредлагаемым способом.Способ заключается в том, что изменение тепловых деформаций металлорежущих станков происходит по различным законам, описываемым обобщеннойфункциональной зависимостью:а) при нагреве станкао-Ь 1 о ( )-В.с) о ( "611,У 1 Ид) =дз 1 И-е 1" )-д И-е зг);б) при охлаждении станка. д 7:кт,е , Р)где ьТо, дТо и 6 ТУ- соответственнотекущее значение измеряемых температур и установившиеся значения температур доминирующих источников тепловыделения станка, Формирующих значео о оние ЬТУ =ЬТ У 1 дТ 23ЬЬ, ЬЬ 1 иЬЬУ - соответственнотекущее значение измеряемых тепловыхдеформаций и установившиеся значениятепловых деформаций двух узлов станка с наибольшими тепловйми смещениями, формирующих результирующее значение дЬ - ЬЬУ 1 -ЬЬУ,. В 1, В и ВО - температурные факторы, характеризующие скорость изменения соответственно температуры наг- бОрева и охлаждения (или тепловых деформаций);Т-. время.Это позволяет определить характери величины температур и тепловых де- б 5 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 дтУ и ьТ,ь 1 З 1,и ььУ 2, а также В 1 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.Например 1 при В 1 = В 2.для любых соотношений ЬТо 1 и ЬТ или АТУУо иУ 1 ЬЬУ имеем экспоненциальный характер изменения температур или тепловых деформаций.оПри В 2.В 1 и ЬТу 1 7 Ь Туд илио дТУ 1 АТ,1,2, а также ьЬУ 17 дЬУ или ЬЬУ 1 ьЬУ имеем знакопеременный характер изменения укаэанных величин и т.п.Для ускоренного определения пара= метров В 1 и В, дТУ 1, ДЬУ 1, ЬТ, ио о ЬЬу 2 измерение температур нагрева . ЬТ 1 , ЬТ , ать и Ьт и тепловых деФормаций Ы 1, ЬЬ, ЬЬ и ЬЬ,1 производят в течение времени, много меньшего времени тепловой стабилизации станка, .через периоды времени З 1,Г, Г 9 и 1."4 с равными интервалами между ними, после чего находят их разности Ь 1 о= д 1-д 1 о Ь 1=д-Ь 1О О О 0 О ОД- о-а-дто, Ьтз а=Д(Ъ-ДЧЮ.7 ДТ-ЬТ, ДТ о= ДЧ-ДТо,и т.д.Тогда, например, при соотношенияхдТо 1 гЬТо 7 ЬТо или ЬЬ 1 УЬЬ 9 дЬ 4имеем экспоненциальный характер изменения температур или тепловых деформаЦИй ПРИ Д, УЬТЗ сЬТ 4 оили ЬЬ 2-1дЬЗ с ЬЬд- знакопеременный характеризменения указанных величин и т.п.Величины В 1 и В, ДТУ 1 и ЬТ(аоЬуиЬЬ определяют по измерениямтемператур двух узлов станка с доми-.нирующими источниками тепловыделения,а тепловые деформации определяют поизмерениям тепловых смещений двух узлов станка, имеющих наибольо 1 ие тепловые деформации,Расчет укаэанных величин производят по формулам, полученным исходя изсоотношений указанных выше разностейи ЬЬ,;д 1 ЪЙЙд Ь 2-1Ч + Аналогично определяют величины В,В, ДТф и ЬЬ для других функциональных зависимостей,Например, через периоды времени дС 15 мин, (= 30 мин,Т = 45 мин,Г) = 60 мин получены значения тепловых деформаций, соответственно равные ,ДЬ 4 = 4,5 мкм, ЬЬ 2 = 8 мкм, ДЬ=11 мкмДЬ 4 = 14 мкм. Находим разности ДЬ щ 252-08 мкм, ДЬ = 6 мкм. Сравнение величин ЬЬ оДЬ 4показывает, что ха, рактер изменения тепловых деформацийэкспоненциальный.Тогда из формул (6) и (7) находим;301 8В =В =1 п = 0 57 ч4 ;2. 0,5 68232 мкм.8 - 635При измерении, температуры через периоды времени 30 и 60 мин полученоЬТ = 2,7 С; ДТ = 4,8 фС, тогдаДТф = 2,7 С; ЬТ,24= 21 СИэ формул (4) и (5 находим 401 2 7.В =1 п - ф = 0,62 ч 10,5 2,1ЯдТс = 12,15 Со 27 .ф45ф М 2,7-2,1Устройство, реализующее описанныйспособ контроля температур и тепловыхдеформаций металлорежущего станка 1,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 6 задания частот вращения шпин деля, блока 7 определения и сравненияразностей текущих и предшествующихвеличин температур и тепловых деформаций, блока 8 определения отношенияэтих.разностей и блока 9 определения 6величин температур и тепловых деформаций эа весь период до тепловой стабилизации металлорежущего станка.Устройство работает следующим образом. 6 формула изобретения 1. Способ контрбля температур итепловых деформаций металлорежущегостанка, заключающийся в измерении температур и тепловых деформаций в течение времени, меньшего времени тепло"вой стабилизации станка, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью ускорения определения характеристик ивеличин изменения температур и тепловых деформаций, их измерение производят при нагреве и охлаадении. станка через равные интервалы времени находят разность текущих и предшествующих величин температур и тепловы де 0 формаций и по полученным разностямопределяют характер изменения, а поотношению этих разностей - величинытемператур и тепловых деформаций завесь период до тепловой стабилизации 5 металлорежущего станка. Для экспоненциального характера изменения температур и тепловых де- формаций Информация о температуре (АТа) и тепловых деформациях (ЬЬ) измеряется на металлорежущем станке 1 датчиками 2, 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 деформаций 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 обработ. ки деталей.998092 АЫмкм 340 Фиг. 1 2, Устройство для контроля температур и тепловых деформаций металло- режущего 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 40 ностей предшествующих и текущих температур и тепловых деформа.ций, блоком определения отношения этих разностей . и блоком определения величин за весь период стабилизации металлорежущего 15 станка, причем вход блока определения и сравнения разности подключен квыходу блока усилителей, выход блокаопределения величин подключен к входу блока записей, к другим входам которого подключены выходы блоков управления датчиками и задания частотыоборотов, другие выходы которых соответственно подключены к блоку датчиков и регулятору частоты оборотовшпинделя станка.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Соколов Ю.Н.Расчет температурных полей и тепловых деформаций. М.,ЦБТИ, ЭНИМС, с, 82,2, МесЬапЫс, 1972, Р 4, с,185189.998092 Составитель В Техред М,Тепе игано ко едак тор акаэ 1024/24 коми г. Ужгород, ул. Проектная,П Патен л Тираж 75 Е ВНИИПИ Государствечного го делам иэобретений 113035, Москва, Ж, Раушс