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 которсян измеряют температуру нагрева и тепловые деформации на каждой частоте вращения шпинделя в течение всего периода до стабилизации теплового режима металлорежущего станка 1 и 2.
Недостатком известного способа яв ляется необходимость затрат большого количества времени, особенно на различных частотах вращения кпинделя, 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 мета.ллорежущего станка, получаемые сигналы усиливаются в блоке усиления и передаются в блок записи цифровой или графической информации 2.
Недостатком данного устройства является необходимость измерения t&tneратур и тепловых деформаций для определения их характера и величин в течение всего периода работы металлоре10жущего станка до наступления его тепловой стабилизации.
Целью изобретения является разработка способа и устройства ускоренного определения характера и величин
15 температур и тепловых деформаций металлорежущих станков.
Поставленная цель дрстгигается тем, что измерение температур и тепловых деформаций производят на разных час20тотах вращения шпинделя, когда происходит нагрев станка, или при отсутствии его вращения, когда происходит охлаждение станка, через определенные и равные интервалы времени, нахоЗцят
25 разность текущих и предшествующих величин температур и тепловых деформаций и по их сравнению выявляют характер их изменения, а по отношению определяют величины температур и теп30ловых дефО1 маций за весь период до тепловой стабилизации металлорежущего станка. Устройство для осуществления спос ба снабжено блоком управления датчиками и блоком задания вращения шпинделя станка; последовательно включен ными блоком определения и сравнения разностей предшествующих и текущих .температур и тепловых деформаций, бл ком определения отноц ения этих разно тей и блоком определения величин за весь период стабилизации металлорежу щего станка, причем вход блока опред леция 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 уп равления датчиками и задания частоты оборотов, другие выходы которых соот ветственно подключены к блоку датчиков. 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 сплоыньми 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 разл1 1Чным законам, описываемым обобщенной функциональной зависимостью: . а) при нагреве станка АТ°-дт°Дьё- )-й1;,); (t) - )av - л V/ д1--дь,,Д|-е- ),())-, W б) при охлаждении станка йгт°-д-т е , где ДТ°, и соответственно текущее значение измеряемьах температур и установившиеся значения температур доминирующих источников тепловыделения ста.нка, формирующих значение ДТ ДТ% - ЛЬ , AL илЬу - соответственно текущее значение измеряемых тепловых деформаций и установившиеся значения тепловых деформаций двух узлов -станка с наибольшими-тепловыми смещениями, формирукщих результирующее значение дъ -Ыл)1; .В, В,и BQ - температурные фак торы, характеризующие скорость изменения соответственно температуры нагрева и охлаждения (или тепловых деформаций) ; - время. Это позволяет, определить характер и величины температур и тепловых деформаций 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 ЛТ и Al ,дЦ,и uL« а также В и В,. При .этом в зависимости от различных взаимных соотношений указанных величин возможны различ.,ные функции, определяющие тот или иной характер изменения температур и тепловых деформаций. Например, при В В для любых соотношений ЛТ и йT,,2 или ДТ и ДЬ имеем экспоненциальный характер изменения температур или тепловых деформаций . При .в и . или АТ,,2. S также или ДЬ . имеем знакопеременный характер изменения указанных величин и т.п. Для ускоренного определения параметров В и В ДТ° , ДЪ , ДТ°2 и . измерение температур нагрева . ДТ° , ДТ| , ДТ и ДТ4° и тепловых деформаций u.Iv| , ДЬ , ДЬ и ДЬд производят в течение времени, много меньшего времени тепловой стабилизации станка, через периоды времени t , Т г Щ и Тд с равными интервалами между ними, после чего находят их разности йт° дт°.,-- -т о:дт°-дт°; ьт°.,,-й1;-д-т ; . дт-,.л-Т|-дт2; и так далее, или t-o V oi Ч-Г a- ; .- о; АЬ, г ai. и т.д. Тогда, например, при соотношениях ДТ.7ДТ| 7ДТ° или ДЬ2, -г L4.j имеем экспоненциальный характер изменения температур или тепловых деформаций. При д1;..сдт|. или ДЬа-1 9-4 дЬд.-,- знакопеременный характер изменения указанных величин и т.п. Величины В и В, ДТ и . , blfj иДЬ, определяют по измерениям температур двух узлов станка с доми-, нирующими источниками тепловыделения, а тепловые деформации определяют по измерениям тепловых смещений двух узлов- станка, имекадих на иб олытие тепловые деформации. Расчет указанных величин производят по формулам, полученным исходя из соотношений.указанных выше разностей ДТ° и AL. Для экспоненциального характера изменения температур и тепловых деформацийЬ,--6а- Т5 Л- °,-М;,- , (5) . «Vr,Vj. U) tvi U Vja-t M.N,- 6.4 ,- Л. + йУ-г-а. Аналогично определяют величины В Bj, ЛТ и ЛЬу для других функциональных зависимостей. Например, через периоды времени Т 15 мин, 30 мин,1Г 45 мин, мин получены значения тепловых деформаций, соответственно равные tJj 4,5 мкм, ДЬ2. 8 мкм, мк 14 мкм. Находим разности п 8 мкм &L(j б мкм. Сравнение величин показьтает, что ха. рактер изменения тепловых деформаций экспоненциальный. Тогда из формул (6) и (7) находим 0,57 „ 1 .8 -1 : 075 б 32 мкм. ДЬ, ,-g---.При измерении .температуры через п риоды времени 30 и 60 мин получено ЁЛ 2,7С; ДТ; 4,, тогда - 2,1°С, ДТ,о 2,lc. Из формул (4) и (5) находим Устройство, реализующее описанный способ контроля температур и тепловы деформаций металлорежущего станка 1, состоит из датчиков 2, измеряющих те пературу и тепловые деформации испытываемого метс ллорежущего станка 1, блока 3 усиления сигналов,блока 4 за писи цифровой и графической информации, блока 5 управления датчиками, блока б задания частот вргицения ппин деля, блока 7 определения и сравнени разностей текущих и предшаствуюс.их величин температур и тепловых деформаций, блока 8 определения отношения этих.разностей и блока 9 определения величин температур и тепловых деформаций за весь период до тепловой ста билизации металлорежущего станка. Устройство работает следукииим образом. Информация о температуре (Д1) и тепловых деформациях (ЛЬ) измеряется на металлорежущем станке 1 датчикшди 2, частота вращения шпинделя которого задается блоком б. Получаемая информация с датчиков 2 усиливается в блоке 3 и поступает в блок 7, в котором происходит определение и сравнение разностей измеряемьпс температур и тепловых деформаций. Последовательность работы датчиков 2 управляется 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 температу-р и тепловых деформаций за 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 крторьм производят оценку качества изготовления и сборки металлорежущего станка или его узлов. Сокращение времени испытаний обеспечивает получение экономии заработной платы и электроэнергии, уменьшает количество контрольных позиций в цехе, что обеспечивает экономию производственных плсяцадей, а также сокращает цикл производства металлорежущих станков и их узловi В процессе эксплуатации металлорежущих станков изобретение позволяет быстро определить величину и характер изменения температур и тепловых деформаций с целью их последующей компенсации и повышения точности обработки деталей. Формула изобретения 1. Способ контроля температур и тепловых деформаций металлорежущего станка, заключающийся в измерении температур и тепловых деформаций в течение времени, меньшего времени тепловой стабилизации станка, отличающийся тем, что, с целью ускорения определения характеристик и величин изменения температур и тепловых деформаций, их измерение производят при нагреве и охлаждении станка через равные интервалы времени, находят разность текущих и предшествую щих величин температур и тепловый дефоЕялаций и по полученна разностям определяют ха{ актер изменения, а по отношению этих разностей - величины температур и тепловых деформаций за весь период до тепловой стабилизации металлорежущего станка.
2, Устройство для контроля температур и тепловых деформаций металлорежущего станка, содержащее датчики измерения температур и тепловых деформаций, блоки усиления и записи, отличающееся тем, что, с целью ускорения процесса вычисления, оно снабжено блоком управления датчиками, блоком задания вращения шпинде-. ля станка, последовательно включенными блоком определения и сравнения pasJO ностей предшествующих и текущих тем- ператур и тепловых деформаций, блоком определения отношения этих разностей и блоком определения величин за весь период стабилизации металлорежущего 15 станка, причем вход блока определеALLMKMl3
Ю
7 rrvj
ния 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 подкл очены 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. 82.
2. Mechanik, 1972, 4, c.l85189.
П-1№оЪ1мт
t 3 tt
г т фиг. I.
