影響機床加工精度的原因之熱變形_銑端面打中心孔機床,數控銑打機,平頭打孔專用機床廠家|山東友泰

熱(rè)變形是影(yǐng)響機床加(jia)工精度的(de)原因之一(yī)。機床受到(dao)車間環境(jing)🍓溫度變化(hua)、電動機發(fā)熱和機械(xie)運動摩擦(cā)發🔞熱、切削(xue)熱以及✔️冷(lěng)卻🍓介質的(de)影響，會導(dao)緻機床各(gè)部的溫升(shēng)不均勻，導(dǎo)緻機床形(xing)态精度及(ji)加工精♈度(dù)的變化。比(bǐ)如，在一💛台(tái)普通精📱度(du)的數控銑(xǐ)床上加工(gōng)70mm×1650mm的螺杆，上(shang)午7:30-9:00銑削的(de)工件與下(xià)午2:00-3:30加工的(de)工件相比(bǐ)，累積誤差(chà)的變化可(kě)達85m。而在恒(héng)溫的條件(jian)下，誤差可(ke)以減小到(dào)40m。

　　再比如，一(yi)台用于雙(shuang)端面磨削(xue)0.6～3.5mm厚的薄鋼(gāng)片工件的(de)🤞精㊙️密雙端(duan)面磨床，在(zài)驗收時加(jia)工200mm×25mm×1.08mm鋼片工(gong)件能達到(dao)mm的尺寸精(jīng)度，彎曲度(dù)☀️在全長内(nei)小于5m。但連(lian)續自動磨(mo)🔞削1h後，尺寸(cun)變化範圍(wei)增大至12m，冷(lěng)卻液溫度(du)由開機時(shi)的17℃上升到(dao)45℃。由于磨削(xue)熱的影響(xiang)💃🏻，導緻主軸(zhóu)軸頸伸長(zhang)，主軸前軸(zhou)承⛹🏻‍♀️間隙增(zeng)大。據此，為(wéi)該機床冷(lěng)卻液箱添(tiān)加一台5.5kW制(zhi)冷機，效果(guǒ)十分理想(xiang)。實踐證明(ming)，機床✂️受熱(re)後的變形(xíng)是影響加(jia)工精度的(de)重要原因(yīn)。但機床是(shì)處在溫度(dù)随時随處(chù)變化的環(huán)境中；機床(chuáng)👉本身在工(gōng)♻️作時必然(ran)會消耗能(neng)量，這些能(néng)量的相當(dang)一部分會(huì)🏃🏻‍♂️以各種方(fāng)式轉化為(wéi)熱，引起機(jī)床各構件(jiàn)👣的物理變(bian)⭐化，這種變(biàn)化又因為(wéi)結構形式(shi)的不同，材(cái)質的差異(yi)等原因而(ér)千差萬别(bie)。機床🏃設計(jì)師應掌握(wo)熱的形成(chéng)💋機理和溫(wēn)度分布規(guī)律，采取相(xiàng)應的措施(shī)，使熱變形(xíng)🚶對加工精(jing)度的影響(xiǎng)縮減到最(zuì)低。

　　我們國(guó)家幅員遼(liáo)闊，大部分(fèn)地區處于(yú)亞熱帶地(di)區，一🥵年✌️四(sì)季的溫度(du)變化較大(da)，一天内溫(wen)差變化也(ye)不一樣。因(yin)此🌈，人們對(duì)室内(如車(chē)間)溫度的(de)幹預的方(fang)式和程度(dù)也不同，機(jī)床周🈲圍的(de)溫度氛圍(wei)千差萬别(bié)。舉個例子(zǐ)，長三角地(di)區季節溫(wen)度變化範(fàn)圍約45℃左右(you)，晝⁉️夜溫度(du)變化約5～12℃。機(ji)加工車💰間(jiān)一般冬天(tian)無供熱，夏(xià)天🍓無空調(diào)，但隻🤞要車(che)間通風較(jiao)好🐇，機加工(gōng)車間的溫(wen)度梯度變(bian)化不大。而(ér)東北地區(qū)，季節溫⛷️差(cha)可達60℃，晝夜(ye)變化約8～15℃。每(měi)年10月下旬(xun)至次年4月(yuè)初為供暖(nuan)⛱️期，機加工(gōng)車間的設(she)計有供暖(nuan)，空氣流通(tong)不足。車間(jiān)内外溫差(cha)可達50℃。因此(cǐ)車間内冬(dōng)季的溫🚩度(dù)梯度十分(fèn)複雜，測量(liàng)時室外溫(wēn)度1.5℃，時間為(wéi)上午8:15-8:35，車間(jiān)内溫度變(bian)化約3.5℃。精密(mi)機床的🌏加(jiā)工精度在(zai)這樣的車(chē)間🌈内受環(huan)境溫度影(yǐng)響将是很(hen)大的。

　　究竟(jing)是哪些原(yuan)因，影響着(zhe)機床近距(jù)離範圍内(nei)各種布局(jú)💘形成的🏃‍♂️熱(re)環境呢？

　　主(zhǔ)要包括以(yi)下4個方面(mian)：

　　2)車間熱(re)源：如太陽(yáng)照射、供暖(nuǎn)設備和大(da)功率照明(míng)燈的輻射(she)👉等💋，它們離(lí)機床較近(jìn)時可直接(jiē)長時間影(yǐng)響機床整(zheng)體或部分(fèn)部件的溫(wēn)升。相鄰設(shè)備在運行(hang)時産生的(de)熱量會以(yǐ)幅射或空(kōng)氣流動的(de)方式影響(xiǎng)機床溫升(shēng)。

　　3)散熱：地基(ji)有較好的(de)散熱作用(yong)，尤其是精(jīng)密機床的(de)地基切忌(ji)靠近地下(xià)供熱管道(dào)，一旦破裂(lie)洩漏時，可(ke)能成為一(yi)個難🐪以找(zhao)到原因的(de)熱源；敞開(kāi)的車間将(jiang)是一個很(hen)好的“散熱(rè)器”，有利于(yu)❄️車間溫度(dù)均衡。

　　4)恒溫(wēn)：車間采取(qǔ)恒溫設施(shī)對精密機(jī)床保持精(jing)度和加工(gong)精度是很(hen)有效果的(de)，但能耗較(jiào)大。

　　1)機床(chuáng)結構性熱(re)源。電動機(jī)發熱如主(zhu)軸電動機(ji)、進給🈚伺服(fu)電動機、冷(leng)卻潤滑泵(beng)電動機、電(diàn)控箱等均(jun1)可産生熱(re)量。這㊙️些情(qing)✍️況對電動(dong)🧡機本身來(lái)說是允許(xu)的，但對于(yú)主軸、滾珠(zhū)絲杠等🌈元(yuán)器件則有(yǒu)重大不利(lì)影響，應采(cai)取措施予(yǔ)以隔離。當(dāng)輸入電能(néng)驅動電動(dong)機運轉時(shí)，除了少部(bù)分(約20%左右(yòu))轉化為電(diàn)動機熱能(neng)外，大部分(fèn)将由運動(dòng)機構轉化(huà)為動能，如(rú)主軸旋轉(zhuǎn)、工作台運(yun)動等🔴；但不(bú)可避免的(de)仍有相當(dāng)部分在運(yùn)動過程中(zhōng)轉化為摩(mó)擦發熱，例(lì)如軸承、導(dǎo)軌、滾👈珠絲(sī)杠和傳動(dòng)箱等機構(gòu)發熱。

　　2)工藝(yì)過程的切(qiē)削熱。切削(xue)過程中刀(dāo)具或工件(jiàn)的動能一(yi)部分消💚耗(hao)于切削功(gong)，相當一部(bu)分則轉化(hua)切削的變(bian)🈲形能和切(qie)屑與刀具(ju)間的摩擦(ca)熱，形成刀(dao)具、主🥵軸和(he)工件發熱(re)，并由大量(liàng)切屑熱傳(chuan)導給機床(chuang)的工作台(tai)夾具等部(bù)件。它們将(jiang)直接💋影響(xiang)刀具和工(gong)件間👌的相(xiang)對位置。

　　機(jī)床的結構(gou)形态對溫(wēn)升的影響(xiang)在機床熱(re)變形領域(yù)讨論機床(chuang)結構形态(tài)，通常指結(jie)構形式、質(zhi)量分布、材(cai)料性能和(hé)熱源分✊布(bu)等問題。結(jie)構形态影(ying)響機床的(de)溫度分布(bu)、熱量的傳(chuan)導方向、熱(rè)變形🧡方向(xiang)及匹配等(děng)。

　　1)機床的結(jie)構形态。在(zai)總體結構(gou)方面，機床(chuáng)有立式、卧(wò)式🍉、龍門式(shì)和懸臂式(shì)等，對于熱(rè)的響應和(he)穩定性均(jun1)有較大差(cha)異。例如齒(chǐ)輪變速的(de)車床主軸(zhóu)箱的溫升(shēng)🔴可高達35℃，使(shi)主軸端上(shàng)擡，熱平衡(heng)時間需2h左(zuo)右。而斜床(chuáng)身式精密(mi)車銑加工(gōng)中心，機床(chuang)💔有一個穩(wěn)☁️定的底座(zuo)🎯。明顯提高(gao)了整機剛(gang)度，主軸采(cai)用伺服👅電(diàn)動機驅動(dòng)♊，去除了齒(chǐ)輪傳💰動部(bù)分，其溫升(sheng)一般小于(yu)15℃。

　　2)熱源分布(bù)的影響。機(jī)床上通常(chang)認為熱源(yuan)是指電動(dòng)機🆚。如👌主軸(zhóu)❗電動機、進(jin)給電動機(ji)和液壓系(xì)統等，其實(shí)是不完全(quan)的。電動機(ji)的發熱隻(zhi)是在承擔(dan)負荷時，電(dian)流消耗在(zai)電樞阻抗(kàng)上的能量(liang)💰，另有相當(dāng)一部分能(néng)量消耗于(yu)軸承、絲杠(gàng)螺母和導(dǎo)軌等機構(gòu)✉️的摩擦功(gōng)引起的發(fa)熱💃。所以可(ke)把電動機(ji)稱為一🈲次(ci)熱源，将軸(zhóu)承、螺母、導(dǎo)軌🐪和切屑(xie)稱之為二(èr)次熱源。熱(rè)變形則是(shì)所有這些(xiē)🏃🏻熱源綜🈲合(hé)影響的結(jie)果。一🐕台立(li)柱移動式(shi)㊙️立式加工(gōng)中心在Y向(xiang)❄️進給運動(dong)中溫升💞和(he)變形情況(kuang)。Y向進給時(shi)工作台未(wei)作運動，所(suo)以對X向的(de)熱變形影(ying)響很小。在(zai)立柱上，離(li)Y軸的導軌(guǐ)絲杠越遠(yuan)的點，其溫(wen)升越小。該(gai)機在Z軸移(yi)動時的情(qing)況則更進(jìn)一步說明(míng)了熱源分(fèn)布對熱變(biàn)形的影響(xiang)。Z軸進給離(li)X向更遠，故(gu)熱變形影(yǐng)響更小，立(li)柱上離Z軸(zhóu)電動機螺(luó)母越近，溫(wen)升及變形(xíng)也越🧑🏽‍🤝‍🧑🏻大。

　　3)質(zhì)量分布的(de)影響。質量(liàng)分布對機(ji)床熱變形(xíng)的影響♊有(you)三方面。其(qí)一，指質量(liàng)大小與集(jí)中程度，通(tōng)常指改🌈變(bian)熱🧡容量和(hé)熱傳遞的(de)速度，改變(bian)達到熱平(ping)衡的時間(jiān)

　　材(cái)料性能的(de)影響：不同(tong)的材料有(yǒu)不同的熱(rè)性能參數(shù)(比熱、導熱(re)率和線膨(péng)脹系數)，在(zài)同樣熱量(liàng)的影響下(xia)，其溫升🌈、變(bian)形均有♌不(bu)同。

　　機床熱(re)性能的測(ce)試

　　1、機床熱(re)性能測試(shì)的目的控(kong)制機床熱(re)變形的關(guan)鍵是通♈過(guò)熱✔️特性測(cè)試，充分了(le)解機床所(suǒ)處的環境(jing)溫度的變(bian)化，機床本(běn)身熱源及(jí)溫度變化(hua)以及關鍵(jian)點的響應(yīng)(變形位移(yi))。測試數據(jù)或曲線描(miáo)🏃🏻述一台機(ji)床熱特性(xìng)，以👣便采取(qu)對📞策，控制(zhì)熱變形，提(tí)高機床的(de)加🙇‍♀️工精度(dù)和效率。

　　2、機(ji)床熱變形(xíng)測試的原(yuan)理熱變形(xíng)測試首先(xian)需要測量(liàng)若幹相關(guan)點的溫度(dù)，包含以下(xià)幾方面：

　　1)熱(rè)源：包括各(ge)部分進給(gei)電動機、主(zhu)軸電動機(ji)、滾珠絲杠(gang)傳動副、導(dao)軌、主軸軸(zhou)承。

　　2)輔助裝(zhuang)置：包括液(ye)壓系統、制(zhi)冷機、冷卻(què)和潤滑位(wèi)移檢🤞測系(xi)統。

　　3)機械結(jie)構：包括床(chuang)身、底座、滑(hua)闆、立柱和(hé)銑頭箱體(ti)和主軸。在(zài)主軸和回(huí)轉工作台(tái)之間夾持(chi)有铟鋼測(ce)棒，在X、Y、Z方向(xiàng)配✏️置了5個(ge)接觸式傳(chuan)感器，測量(liang)在各種狀(zhuang)态🏃🏻‍♂️下的綜(zong)合變形㊙️，以(yi)模拟刀具(ju)和工件間(jiān)‼️的相對位(wei)移。

　　3、測試數(shu)據處理分(fen)析機床熱(rè)變形試驗(yàn)要在一個(gè)較🈚長的連(lián)🈲續🙇‍♀️時😘間内(nei)進行，進行(hang)連續的數(shu)據記錄，經(jing)過⭕分析處(chù)理🈲，所反映(yìng)的熱變形(xíng)特性可靠(kao)性很高。如(ru)果通過多(duō)次試驗👣進(jìn)行誤差剔(tī)除，則所顯(xiǎn)☔示的規律(lü)性❓是可信(xìn)的✨。主軸系(xi)統熱變形(xíng)試驗中共(gòng)設置了5個(gè)測量點，其(qí)中點1、點2在(zai)主軸端部(bù)和靠近主(zhu)‼️軸軸承處(chu)，點4、點5分别(bié)在銑頭殼(ke)體靠近Z向(xiang)導軌處。測(ce)試時間共(gòng)持續了14h，其(qí)中前10h主軸(zhou)👅轉速分别(bie)在0～9000r/min範圍内(nei)交替變速(su)，從第10h開始(shǐ)，主軸持續(xù)以9000r/min高速旋(xuan)轉。

　　因此，我(wǒ)們可以得(dé)出以下結(jié)論：

　　1)該主軸(zhou)的熱平衡(héng)時間約1h左(zuo)右，平衡後(hou)溫升變化(huà)範圍1.5℃；

　　2)溫升(shēng)主要來源(yuan)于主軸軸(zhou)承和主軸(zhou)電動機，在(zài)正常變速(sù)範圍❓内，軸(zhóu)承的熱态(tài)性能良好(hao)；

　　4)Z向伸縮(suo)變形較大(dà)，約10m，是由主(zhǔ)軸的熱伸(shen)長及軸承(cheng)間隙增大(da)引起的；

　　5)當(dāng)轉速持續(xu)在9000r/min時，溫升(sheng)急劇上升(shēng)，在2.5h内急升(sheng)7℃左右，且有(you)繼續上升(shēng)的趨勢，Y向(xiàng)和Z向的變(biàn)形達到了(le)29m和37m，說明該(gāi)主🍉軸在轉(zhuan)速為9000r/min時已(yi)不能穩定(dìng)運行，但可(kě)以短時⚽間(jiān)内(20min)運行。機(jī)床熱變形(xing)的控制⭐由(yóu)以上分析(xī)讨論，機床(chuang)的溫升和(he)熱變形🔞對(duì)加工精度(dù)的影響因(yin)素多種♈多(duo)樣，采取控(kòng)制措施時(shi)，應✉️抓住主(zhu)要矛盾，重(zhòng)點采取一(yi)、二項措施(shī)，取🌈得事半(bàn)功倍的效(xiao)果。在設計(jì)中應從4個(ge)方向入手(shǒu)：減少發熱(re)，降低溫升(sheng)，結構平衡(héng)，合理冷卻(què)。

影響機(jī)床加工精(jīng)度的原因(yin)之熱變形(xíng)