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在SHW-UFZ6型機(jī)床設(shè)備上對大型工件進(jìn)行校準(zhǔn)

尤其當(dāng)環(huán)境條件發(fā)生快速變化時，加工作業(yè)就會面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。通常需要投入費用高昂的空調(diào)設(shè)備，使得難以控制的熱膨脹得到有效控制。

IPT Fraunhof公司與項目合作單位SHW Werkzeugmaschinen和SHW Bearbeitungstechnik公司一起選擇了另外一種方法：通過采用一種新型的測量技術(shù)，可以在生產(chǎn)過程中測定出設(shè)備的變形量，由此可以預(yù)防加工錯誤的發(fā)生，并可以節(jié)省可觀的空調(diào)運行成本。這是因為設(shè)備不再受到周圍環(huán)境溫度的影響從而保持精確加工。Epsis研究項目對該技術(shù)方案在大型機(jī)床設(shè)備上的應(yīng)用潛力進(jìn)行了更加深入的探索。

溫度影響機(jī)床設(shè)備

大約有75%的部件加工誤差是由于溫度波動而導(dǎo)致的。尤其是大型機(jī)床設(shè)備擁有較大的杠桿臂，在受到此類影響時容易發(fā)生嚴(yán)重的變形。一種常規(guī)的解決途徑是維持一種恒定的溫度水平，因為溫度保持穩(wěn)定，設(shè)備即可避免變形。

但是，這種方法唯有在空調(diào)和設(shè)備均處于24?h不間斷開機(jī)的狀況下方為有效,否則又會需要很長時間，才能重新達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。此外，設(shè)備的調(diào)溫往往會與巨大的能耗相關(guān)聯(lián)。

因此，F(xiàn)raunhofer-IPT和SHW在Epsis(能源效益與集成傳感技術(shù)而獲得的精度)研究項目上的目標(biāo)便是無需繁瑣的調(diào)溫技術(shù)，即可穩(wěn)定機(jī)床設(shè)備的工作精度。

傳感器取代昂貴的空調(diào)技術(shù)

通過一種內(nèi)置傳感器的系統(tǒng)，可以對機(jī)床設(shè)備的變形情況進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)視。借助于一種數(shù)學(xué)模型，可以計算出設(shè)備的定位誤差。而有了已知的誤差數(shù)值，即可通過控制系統(tǒng)對設(shè)備的定位進(jìn)行糾正。由于設(shè)備的變形情況得到連續(xù)的監(jiān)視和預(yù)計算，因此設(shè)備自身無需調(diào)溫即可保持很高的加工精度。由此可以省去空調(diào)措施并省下相應(yīng)費用。

這種技術(shù)方案是否奏效，一個前提條件便是傳感器在應(yīng)用上必須達(dá)到很高的測量精度才行。對此，F(xiàn)raunhofer-IPT公司在其試驗臺上進(jìn)行了大量的試驗。傳感器的功能和測量精度可以在各種不同條件下接受驗證。例如，可以通過所使用的傳感器的溫度穩(wěn)定性來對設(shè)備的受熱變形狀況進(jìn)行高精測定。同時，也可對設(shè)備因機(jī)械載荷的變形(例如重力)進(jìn)行可靠的測定。

但是，僅僅依靠變形測量這一種途徑是不足以對工件的誤差進(jìn)行糾正的。為了獲得設(shè)備變形對部件精度誤差所帶來的影響程度，數(shù)學(xué)模型的工作也必須達(dá)到高精度和無差錯。這可以在檢驗臺上針對各種不同的載荷情況進(jìn)行模擬演示。從試驗的結(jié)果中可以得出如下結(jié)論：高達(dá)95%的因設(shè)備機(jī)架彎曲而在工件上出現(xiàn)的誤差可以由該系統(tǒng)測得和計算。由此可以看出，在大型設(shè)備上使用該系統(tǒng)可以獲得良好的結(jié)果。也可以設(shè)想在所有有較大變形危險的部件上安裝傳感器系統(tǒng)。相對于大型機(jī)床的整體成本而言，該系統(tǒng)的費用很低，因此這種投入是很有意義的。

外部環(huán)境對測量系統(tǒng)無影響

在大件加工的常規(guī)條件下，最初試驗也已表明，外部因素(如振動或油霧等)不會給測量結(jié)果帶來不良影響。

在經(jīng)歷了試驗階段和對傳感器在機(jī)身上應(yīng)用的優(yōu)化舉措之后，現(xiàn)在應(yīng)該對該系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展并使之完全應(yīng)用于機(jī)床設(shè)備之上。這就意味著設(shè)備上的活動元件(如設(shè)備機(jī)架)也將由傳感器系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。在此需要指出的是，該測量系統(tǒng)可以在現(xiàn)有的機(jī)床設(shè)備上進(jìn)行加裝，費用并不高。對此，在傳感器技術(shù)的研發(fā)過程中，也開發(fā)出了一種標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件組合系統(tǒng)。借助于這種標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件組合系統(tǒng)，在短短的幾個步驟之內(nèi)即可開發(fā)出一臺具體的機(jī)床設(shè)備所需的傳感器。

目前，機(jī)床設(shè)備的改造正在由項目合作伙伴SHW Bearbeitungstechnik公司進(jìn)行實施。緊接著還需進(jìn)行后續(xù)的驗證測量實驗，以證明該系統(tǒng)的功能完備性。

采用傳感器技術(shù)的目的也在于，在傳感器的測量循環(huán)中即可獲得機(jī)床設(shè)備的校正數(shù)據(jù)。對此，設(shè)備操作人員只需開始相應(yīng)的測量循環(huán)即可，而無需對設(shè)備進(jìn)行換裝，因為所需的測量器械已經(jīng)直接設(shè)置在設(shè)備上了。由此可以顯著降低生產(chǎn)輔助時間。

此外，即使是在加工過程當(dāng)中，設(shè)備的定位也可通過校正模型的連續(xù)計算得到糾正。這在以前已經(jīng)以主軸溫度補(bǔ)償?shù)姆绞綖槿藗兯�知，但其�?yōu)化潛力仍可通過采取結(jié)構(gòu)性的監(jiān)視措施來得以顯著提升。