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主轴运转时的膨胀伸长是未来机床及主轴的需要解决的重要课题

时间:2011-07-17 来源:网络
在精密切削加工场合,如何测量运转中主轴的伸长量,进而补偿及控制主轴位置,使被加工工件表面的加工位置长时间保持一致性,是未来机床及主轴的需要解决的重要课题。
    CNC机床使用主轴作切削动作时,主轴运转时的膨胀伸长会造成表面切削精度的变化,主要原因有二:一是运转时随着RPM升高而引起的离心力影响,会使刀柄向下伸长;另一个原因则是运转时温度上升引起的热膨胀。总之,主轴运转时的伸长量是由离心力的影响加上温度的变化所造成的。
    在生产现场实际切削加工时,不同的刀柄及不同的RPM所引起的离心力不同,主轴伸长量也因此而不同;同时,当刀具接触到工件时,不同的切削力会相对抵消离心力的影响,因此主轴的伸长量不是一个常数,含有“相对”因素在内。过去有人尝试使用温度传感器对主轴伸长量进行补偿,但效果一直不明显,无法切实掌握及解决问题,原因即在于此。
    纳米趋势公司表示,德国Micro-Epsilon主轴膨胀位移传感器是针对此问题而专门设计开发的。该传感器的体积很小(10mm×12mm×4.5mm),可安装在主轴内,内置的位移距离传感器及温度传感器可在主轴运转中进行动态测量,获得的测量数据可提供给控制器进行加工补偿,进而达到微米级的控制精度。在国外,安装了这种传感器的主轴被称为“聪明主轴(Smart Spindle)”。
    台湾进口的高速主轴中,瑞士IBAG高速主轴正全力推广具有此功能的主轴,而台湾机床厂及主轴厂商中,亦有许多厂商相当看好及重视该功能;据了解,匠泽机械及新虎将机械已把该功能列入选配项目。
    德国Micro-Epsilon传感器同时配备了激光传感器及软件程序包,可在主轴鼻端下方进行非接触动态测量,并将由外部求得的伸长量与内部位移传感器的位移讯号进行比对,可帮助机床业者在导入位移传感测量时的便利性,进而提升机床加工精度。