A hőmérséklet hatása a szerszámgépek megmunkálási pontosságára

A termikus deformáció az egyik oka, amely befolyásolja a megmunkálási pontosságot. A szerszámgépekre hatással vannak a műhelykörnyezet hőmérsékletének változásai, az elektromos motor fűtése, a mechanikus mozgási súrlódásos fűtés, a vágási hő és a hűtőközeg, ami egyenetlen hőmérséklet-emelkedést eredményez a szerszámgép különböző részein, ami az alak és a megmunkálási pontosság megváltozásához vezet. a szerszámgépről. Például 70 mm-es megmunkálás normál precíziós CNC marógépen × Az 1650 mm-es csavar kumulatív hibaváltozása elérheti a 85 m-t a reggel 7:30-9:00-tól mart és 2-től megmunkált munkadarabhoz képest. :00-3: délután 30. Állandó hőmérsékleti feltételek mellett a hiba 40 m-re csökkenthető.
Például egy precíziós kétvégű köszörűgép, amelyet vékony acéllemez munkadarabok köszörülésére használnak, amelyek vastagsága 0.6-3,5 mm mindkét oldalon, amely 200 mm-t dolgoz meg az átvételi ellenőrzés során × 25 mm × Az 1,08 mm-es acél A lemez munkadarab mm-es méretpontosságot érhet el, és a görbület teljes hosszában kisebb, mint 5 m. De 1 órás folyamatos automatikus őrlés után a méretváltozás tartománya 12 m-re nőtt, és a hűtőfolyadék hőmérséklete az indításkori 17 fokról 45 fokra emelkedett. A köszörülési hő hatására a főtengely nyaka megnyúlik, és megnő a hézag a főtengely elülső csapágyai között. Ez alapján a szerszámgép hűtőfolyadék tartályába 5,5 kW-os hűtőegységet szerelve nagyon ideális eredményt értünk el. A gyakorlat bebizonyította, hogy a szerszámgépek hevítés utáni deformációja fontos, a megmunkálási pontosságot befolyásoló tényező. De a szerszámgép olyan környezetben van, ahol a hőmérséklet folyamatosan és mindenhol változik; Maga a szerszámgép működés közben elkerülhetetlenül energiát fogyaszt, és ennek jelentős része különféle módokon hővé alakul, ami fizikai változásokat okoz a szerszámgép különböző alkatrészeiben. Ezek a változások a szerkezeti formák, anyagok és egyéb okok különbségei miatt is nagymértékben változnak. A szerszámgépek tervezőinek elsajátítaniuk kell a hőképződés és a hőmérséklet-eloszlás mechanizmusát, meg kell tenniük a megfelelő intézkedéseket, hogy minimalizálják a termikus deformáció hatását a megmunkálási pontosságra.
A hőmérséklet-emelkedés és a szerszámgépek eloszlása, valamint a természetes éghajlat hatása hatalmas területet képvisel Kínában. A legtöbb terület szubtrópusi régiókban található, ahol egész évben jelentős hőmérséklet-változások és napközben változó hőmérséklet-különbségek figyelhetők meg. Ennek eredményeként az emberek különböző módokon és mértékben tudnak beavatkozni a beltéri (például műhely) hőmérsékletbe, és a szerszámgép körüli hőmérsékleti légkör nagyon eltérő. Például a Jangce-delta régiójában a szezonális hőmérséklet-ingadozás körülbelül 45 fok, a napi hőmérséklet-ingadozás pedig körülbelül 5-12 fok. A megmunkáló műhelyben télen általában nincs fűtés, nyáron pedig nincs légkondicionálás, de amíg a műhelyben jó a szellőzés, addig a hőmérséklet-gradiens a megmunkálóműhelyben nem sokat változik. Az északkeleti régióban a szezonális hőmérséklet-különbség elérheti a 60 fokot is, a napi ingadozás pedig körülbelül 8-15 fok. A fűtési időszak október végétől a következő év április elejéig tart, a megmunkáló műhely fűtéssel van kialakítva, ami elégtelen légáramlást eredményez. A hőmérsékletkülönbség a műhelyen belül és kívül elérheti az 50 fokot. Emiatt a műhely hőmérsékleti gradiense télen igen összetett, reggel 8:15-től 8:35-ig 1,5 fokos kültéri hőmérséklettel, a műhelyben pedig körülbelül 3,5 fokos hőmérsékletváltozással. A precíziós szerszámgépek megmunkálási pontosságát nagymértékben befolyásolja a környezeti hőmérséklet egy ilyen műhelyben.
A környező környezet hatása a különböző elrendezések által kialakított hőkörnyezetre vonatkozik a szerszámgép közeli tartományában.
Ezek a következő négy szempontot tartalmazzák:
1) Műhely mikroklíma: például a hőmérséklet eloszlása ​​a műhelyben (függőleges és vízszintes irányban). Amikor nappal és éjszaka váltakozik, vagy az éghajlat és a szellőzés megváltozik, a műhely hőmérséklete lassan változik.
2) A műhely hőforrásai: például a napfény, a fűtőberendezések sugárzása és a nagy teljesítményű világítás közvetlenül befolyásolhatják a teljes szerszámgép vagy egyes alkatrészek hőmérséklet-emelkedését hosszú ideig, ha a szerszámgép közelében vannak. A szomszédos eszközök által működés közben keletkező hő sugárzás vagy légáramlás révén befolyásolhatja a szerszámgép hőmérséklet-emelkedését.
3) Hőelvezetés: Az alapozás jó hőelvezető hatással rendelkezik, különösen a precíziós szerszámgépek alapja. Fontos, hogy kerüljük a föld alatti fűtési vezetékek közelségét. Ha egyszer felszakad és szivárog, hőforrássá válhat, amelynek az okát nehéz megtalálni; A nyitott műhely jó "radiátor" lesz, amely elősegíti a hőmérséklet egyensúlyát a műhelyben.
4) Állandó hőmérséklet: Az állandó hőmérsékletű létesítmények alkalmazása a műhelyben nagyon hatékony a precíziós szerszámgépek precíziós és megmunkálási pontosságának megőrzésében, de sok energiát fogyaszt.
3. Szerszámgépek belső termikus befolyásoló tényezői
1) Szerszámgépek szerkezeti hőforrása. A hőt termelő villanymotorok, mint például az orsómotorok, a tápszervomotorok, a hűtő- és kenőszivattyúk motorjai és az elektromos vezérlődobozok, mind hőt termelhetnek. Ezek a helyzetek megengedettek magának a motornak, de jelentős káros hatásuk van az olyan alkatrészekre, mint az orsó és a golyóscsavar, ezért intézkedéseket kell tenni ezek elkülönítésére. Amikor a bemeneti elektromos energia működésre készteti a motort, kivéve egy kis részét (körülbelül 20%), amely a motor hőenergiájává alakul át, a legtöbb mozgási energiává alakul a mozgási mechanizmus, például az orsó forgása, a munkapad mozgása révén. stb.; Mindazonáltal elkerülhetetlen, hogy a mozgási folyamat során egy jelentős része még mindig súrlódási hővé alakuljon át, például olyan mechanizmusok által termelt hővé, mint a csapágyak, vezetősínek, golyóscsavarok és erőátviteli dobozok.
2) A folyamat vágási hője. A forgácsolási folyamat során a szerszám vagy a munkadarab mozgási energiájának egy részét a vágási munka felhasználja, jelentős része pedig a forgácsolás deformációs energiájává, valamint a forgács és a szerszám közötti súrlódási hővé alakul, ami a szerszám, az orsó és a munkadarab melegítése. Ezután nagy mennyiségű forgácshő jut át ​​a munkaasztal rögzítésére és a szerszámgép egyéb alkatrészeire. Közvetlenül befolyásolják a szerszám és a munkadarab egymáshoz viszonyított helyzetét.
3) Hűtés. A hűtés egy fordított intézkedés, amelynek célja a szerszámgépek hőmérsékletének növelése, mint például a motorhűtés, az orsóalkatrészek hűtése és az alapvető szerkezeti alkatrészek hűtése. A csúcsminőségű szerszámgépek az elektromos vezérlődobozt gyakran hideg géppel szerelik fel a kényszerhűtéshez.
4. A szerszámgépek szerkezeti formájának a hőmérséklet-emelkedésre gyakorolt ​​hatását a szerszámgépek termikus deformációja témakörben tárgyaljuk, általában olyan kérdésekre hivatkozva, mint a szerkezeti forma, a tömegeloszlás, az anyagtulajdonságok és a hőforrás eloszlása. A szerkezeti forma befolyásolja a hőmérséklet-eloszlást, a hővezetés irányát, a hődeformáció irányát és a szerszámgépek illeszkedését.
1) A szerszámgép szerkezeti formája. Az általános szerkezetet tekintve a szerszámgépek közé tartoznak a függőleges, vízszintes, portálos és konzolos típusok, amelyek termikus reakciója és stabilitása jelentős különbségeket mutat. Például egy változó sebességű eszterga főtengelyének hőmérséklet-emelkedése elérheti a 35 fokot, aminek következtében az orsó vége felfelé emelkedik, és a hőkiegyensúlyozás ideje körülbelül 2 óra. A ferde ágyas típusú precíziós eszterga és maró megmunkáló központ stabil alappal rendelkezik a szerszámgép számára. Az egész gép merevsége jelentősen javult, az orsót szervomotor hajtja. A sebességváltó részt eltávolították, és a hőmérséklet-emelkedés általában kevesebb, mint 15 fok.
2) A hőforrás eloszlásának hatása. A szerszámgépeknél általában úgy gondolják, hogy a hőforrás az elektromos motorra vonatkozik. Az olyan alkatrészek, mint az orsómotorok, az adagolómotorok és a hidraulikus rendszerek valójában hiányosak. A villanymotor fűtése csak az az energia, amelyet az armatúra impedanciáján a terhelés viselésekor fellépő áram vesz fel, és jelentős mennyiségű energiát emészt fel a csapágyak, csavarok, anyák, vezetősínek súrlódási munkája. Tehát az elektromos motort nevezhetjük elsődleges hőforrásnak, a csapágyakat, anyákat, vezetősíneket és forgácsokat pedig másodlagos hőforrásnak. A termikus deformáció mindezen hőforrások együttes hatásának eredménye. Mozgatható oszlopos függőleges megmunkálóközpont hőmérsékletemelkedése és deformációja Y tengelyes előtolás közben. Y irányú előtoláskor a munkapad nem mozdul el, így az X irányú hődeformációt csekély mértékben befolyásolja. Az oszlopon minél távolabb van a vezetőcsavar az Y tengelytől, annál kisebb a hőmérséklet-emelkedés. A Z tengelyben mozgó gép helyzete tovább szemlélteti a hőforrás eloszlásának a termikus deformációra gyakorolt ​​hatását. A Z-tengely előtolása távolabb van az X-tengelytől, így a termikus deformáció hatása kisebb. Minél közelebb van az oszlop a Z-tengely motoranyához, annál nagyobb a hőmérséklet-emelkedés és a deformáció.
3) A minőségi elosztás hatása. A minőségeloszlásnak a szerszámgépek hődeformációjára gyakorolt ​​befolyása három aspektusból áll. Először is a tömeg méretére és koncentrációjára vonatkozik, általában a hőkapacitás és a hőátadási sebesség változásaira, valamint a termikus egyensúly eléréséhez szükséges idő változásaira.
2, A minőségi elrendezés megváltoztatásával, például a különböző erősítőlemezek elrendezésével, a szerkezet hőmerevsége javítható, csökkentve a termikus deformáció hatását vagy fenntartva a viszonylag kis deformációt ugyanazon hőmérséklet-emelkedés mellett;
Harmadszor, a szerszámgép alkatrészeinek hőmérséklet-emelkedésének csökkentését jelenti a minőségi elrendezés megváltoztatásával, például hőleadó bordák szerkezeten kívüli elrendezésével.
Anyagtulajdonságok befolyása: A különböző anyagok hőteljesítmény-paraméterei (fajhő, hővezető képesség, lineáris tágulási együttható) eltérőek, és azonos hőhatás mellett eltérő a hőmérsékletemelkedésük és az alakváltozásuk. Szerszámgépek hőteljesítményének vizsgálata
1. A szerszámgépek hőteljesítmény-vizsgálatának célja a szerszámgép termikus deformációjának szabályozása. A kulcs a környezeti hőmérséklet változásainak, magának a szerszámgépnek a hőforrásának és hőmérséklet-változásainak, valamint a kulcspontok reakciójának (deformációs elmozdulásának) teljes megértése a termikus jellemzők tesztelésével. A vizsgálati adatok vagy görbék a szerszámgép termikus jellemzőit írják le az ellenintézkedések megtétele, a termikus deformáció szabályozása, valamint a szerszámgép megmunkálási pontosságának és hatékonyságának javítása érdekében.
Konkrétan a következő célokat kell elérni:
1) Tesztelje a szerszámgépet körülvevő környezetet. Mérje meg a műhely hőmérsékleti környezetét, annak térbeli hőmérsékleti gradiensét, a hőmérséklet-eloszlás változásait a nappali éjszakai váltakozás során, sőt a szezonális változások hatását a szerszámgép körüli hőmérséklet-eloszlásra.
2) Tesztelje magának a szerszámgépnek a termikus jellemzőit. A környezeti interferencia lehetőség szerinti kiküszöbölése mellett tartsa a szerszámgépet különböző üzemállapotokban, hogy mérje magának a szerszámgép fontos pontjainak hőmérséklet- és elmozdulásváltozásait, rögzítse a hőmérsékletváltozásokat és a kulcspontok elmozdulását kellően hosszú időn keresztül. időt, és rögzíti az egyes időszakok hőeloszlását is infravörös hőkamerával.
3) Tesztelje a hőmérséklet-emelkedést és a termikus deformációt a megmunkálási folyamat során, hogy meghatározza a szerszámgép hődeformációjának hatását a megmunkálási folyamat pontosságára.
4) A fenti kísérletek nagy mennyiségű adatot és görbét halmozhatnak fel, megbízható kritériumokat biztosítva a szerszámgépek tervezéséhez és a termikus deformáció felhasználói ellenőrzéséhez, és rámutatnak a hatékony intézkedések megtételére.
2. Szerszámgépek termikus alakváltozásvizsgálatának elve. A termikus deformáció vizsgálatához először több releváns pont hőmérsékletének mérésére van szükség, beleértve a következő szempontokat:
1) Hőforrás: beleértve az adagolómotor, az orsómotor, a golyóscsavaros erőátviteli pár, a vezetősín és az orsócsapágy különböző részeit.
2) Segédeszközök: beleértve a hidraulikus rendszert, a hűtőgépet, a hűtő- és kenőanyag-elmozdulás-érzékelő rendszert.
3) Mechanikai szerkezet: beleértve az ágyat, alapot, a gördeszkát, az oszlopot, a marófejet és az orsót. Az orsó és a forgó munkaasztal közé egy indium acél mérőpálca van rögzítve, és 5 érintkező érzékelő van konfigurálva X, Y és Z irányban, hogy mérje az átfogó alakváltozást különböző állapotokban, szimulálja a szerszám és a munkadarab közötti relatív elmozdulást. 3. Vizsgálati adatok feldolgozása és elemzése: A szerszámgép termikus deformációs vizsgálatát hosszú, folyamatos időtartamon keresztül, folyamatos adatrögzítéssel kell elvégezni. Elemzés és feldolgozás után a visszavert hődeformációs jellemzők nagyon megbízhatóak. Ha a hibaelhárítás több kísérletben történik, a megjelenített szabályszerűség megbízható. Az orsórendszer termikus alakváltozási vizsgálatához összesen 5 mérési pontot határoztunk meg, amelyek közül az 1. és 2. pont az orsó végén és az orsócsapágy közelében, a 4. és 5. pont pedig a Z irányú vezetősín közelében található. a marófej házát, ill. A tesztelés összesen 14 órán át tartott, az első 10 óra orsó forgása 0-9000r/perc között váltakozott. A 10. órától kezdve az orsó nagy, 9000 fordulat/perc sebességgel forog tovább. A következő következtetések vonhatók le: 1) Az orsó termikus egyensúlyi ideje körülbelül 1 óra, a hőmérséklet-emelkedési tartomány az egyensúly után 1,5 fok; 2) A hőmérséklet-emelkedés elsősorban az orsócsapágyakból és az orsómotorokból származik. A normál fordulatszám-tartományon belül a csapágyak hőteljesítménye jó; 3) A termikus deformációnak csekély hatása van az X-irányban; 4) A Z-irányú tágulási deformáció viszonylag nagy, körülbelül 10 m, amelyet a főtengely termikus megnyúlása és a csapágyhézag növekedése okoz; 5) Ha a fordulatszám továbbra is 9000 r/perc, a hőmérséklet meredeken emelkedik, körülbelül 7 fokkal 2,5 órán belül, és további növekedési tendenciát mutat. Az Y és Z irányú deformáció eléri a 29m és a 37m-t, ami azt jelzi, hogy az orsó 9000r/perc fordulatszámon már nem tud stabilan, de rövid ideig (20 percig) működni. A szerszámgépek termikus deformációjának szabályozását a fentiekben elemeztük és tárgyaltuk. A szerszámgépek hőmérséklet-emelkedése és termikus deformációja különböző befolyásoló tényezőkkel bír a megmunkálási pontosságra. Az ellenőrző intézkedések meghozatalakor meg kell ragadni a fő ellentmondást, és az első és a második intézkedést hangsúlyozni, hogy feleannyi erőfeszítéssel kétszeres eredményt érjünk el. A tervezésben négy irányból kell kiindulni: a hőtermelés csökkentése, a hőmérséklet-emelkedés csökkentése, a szerkezeti egyensúly elérése és az ésszerű hűtés. 1. A hőtermelés csökkentése és a hőforrások szabályozása az alapvető intézkedés. A tervezés során intézkedéseket kell tenni a hőforrás hőtermelésének hatékony csökkentésére. 1) Ésszerűen válassza ki a motor névleges teljesítményét. Egy villanymotor P kimenő teljesítménye egyenlő a V feszültség és az I áram szorzatával. Általában a V feszültség állandó. Ezért a terhelés növekedése azt jelenti, hogy a motor kimenő teljesítménye nő, és a megfelelő I áram is nő. Ennek eredményeként az armatúra impedanciájában az áram által fogyasztott hő megnő. Ha az általunk tervezett és kiválasztott motor a névleges teljesítményhez közeli vagy jelentősen meghaladó körülmények között hosszú ideig üzemel, a motor hőmérséklet-emelkedése jelentősen megnő. Ebből a célból összehasonlító vizsgálatot végeztünk a BK50 CNC tűhornyos marógép marófején (motor fordulatszáma: 960r/perc; környezeti hőmérséklet: 12 fok). A fenti kísérletből a következő fogalmakat kapjuk: a hőforrás teljesítményét figyelembe véve, legyen szó orsómotorról vagy előtolómotorról, célszerű olyan névleges teljesítményt választani, amely körülbelül 25%-kal nagyobb, mint a számított teljesítmény. A tényleges működés során a motor kimenő teljesítménye megegyezik a terheléssel, és a motor névleges teljesítményének növelése csekély hatással van az energiafogyasztásra. De hatékonyan csökkentheti a motor hőmérséklet-emelkedését.