厂家分析CNC走心机加工时温度分布情况

2019-07-04 01:01:07 hvs 133

    1.自(zi)然气候影(ying)响

    我国幅员辽阔,大(da)部(bu)分(fen)地(di)(di)区(qu)处(chu)于亚热(re)带地(di)(di)区(qu),一(yi)(yi)年(nian)四季的(de)(de)(de)温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)变(bian)化(hua)较(jiao)大(da),一(yi)(yi)天(tian)内温(wen)(wen)差(cha)变(bian)化(hua)也(ye)不一(yi)(yi)样(yang)。由此,人们对(dui)室内(如车(che)间(jian))温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)干预的(de)(de)(de)方式和程度(du)(du)(du)(du)也(ye)不同,机(ji)(ji)床(chuang)周围(wei)(wei)的(de)(de)(de)温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)氛围(wei)(wei)千(qian)差(cha)万别(bie)。例(li)如,长三(san)角地(di)(di)区(qu)季节(jie)温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)变(bian)化(hua)范围(wei)(wei)约(yue)45℃左右,昼夜(ye)温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)变(bian)化(hua)约(yue)5~12℃。数控走(zou)心机(ji)(ji)加(jia)工(gong)车(che)间(jian)一(yi)(yi)般冬天(tian)无(wu)供(gong)(gong)热(re),夏天(tian)无(wu)空调,但只(zhi)要车(che)间(jian)通风较(jiao)好(hao),数控走(zou)心机(ji)(ji)加(jia)工(gong)车(che)间(jian)的(de)(de)(de)温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)梯(ti)度(du)(du)(du)(du)变(bian)化(hua)不大(da)。而东(dong)北地(di)(di)区(qu),季节(jie)温(wen)(wen)差(cha)可达60℃,昼夜(ye)变(bian)化(hua)约(yue)8~15℃。每(mei)年(nian)10月下旬至次(ci)年(nian)4月初为(wei)(wei)供(gong)(gong)暖期,机(ji)(ji)加(jia)工(gong)车(che)间(jian)的(de)(de)(de)设计有(you)供(gong)(gong)暖,空气流(liu)通不足。车(che)间(jian)内外温(wen)(wen)差(cha)可达50℃。因此车(che)间(jian)内冬季的(de)(de)(de)温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)梯(ti)度(du)(du)(du)(du)十分(fen)复杂,测量时室外温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)1.5℃,时间(jian)为(wei)(wei)上(shang)午8:15-8:35,车(che)间(jian)内温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)变(bian)化(hua)约(yue)3.5℃。高速(su)精密走(zou)心机(ji)(ji)精密机(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)(de)加(jia)工(gong)精度(du)(du)(du)(du)在这(zhei)样(yang)的(de)(de)(de)车(che)间(jian)内受环境温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)影响将是很(hen)大(da)的(de)(de)(de)。

    2.周围环(huan)境的影(ying)响(xiang)

    数控走心机床周围(wei)环(huan)境是(shi)指(zhi)机床近距(ju)离范围(wei)内各(ge)种布局形成的热环(huan)境。它(ta)们包括以下3个方面(mian)。

    (1)车(che)(che)间小气(qi)候:如车(che)(che)间内(nei)温度的分布(垂直方(fang)向(xiang)、水平方(fang)向(xiang))。当昼(zhou)夜(ye)交替或气(qi)候以及(ji)通风(feng)变化时车(che)(che)间温度均(jun)会(hui)产(chan)生缓慢变化。

    (2)车(che)间热源:如(ru)太阳照射(she)、供(gong)暖设备和大功率照明灯的(de)辐射(she)等(deng),它(ta)们(men)离数(shu)控机床(chuang)较(jiao)近时(shi)可直接长时(shi)间影响机床(chuang)整体或部分部件的(de)温升。相邻设备在(zai)运行时(shi)产(chan)生的(de)热量会(hui)以幅射(she)或空气流动的(de)方(fang)式(shi)影响机床(chuang)温升。

    (3)散(san)热(re):地基有较好(hao)的(de)(de)散(san)热(re)作用,尤其是(shi)(shi)精密数(shu)控走心机床的(de)(de)地基切忌(ji)靠近地下供(gong)热(re)管道(dao),一旦破裂泄漏(lou)时(shi),可(ke)能(neng)成(cheng)为一个(ge)难以找到原因的(de)(de)热(re)源;敞开的(de)(de)车(che)间将是(shi)(shi)一个(ge)很好(hao)的(de)(de)“散(san)热(re)器”,有利于车(che)间温(wen)度均衡(heng)。

    (4)恒(heng)温:车间(jian)采(cai)取恒(heng)温设施对精(jing)密走心机床保持精(jing)度和加(jia)工精(jing)度是很有效果的,但能耗较大。

数控走心机

    3.机(ji)床内部热(re)影响(xiang)因素

    (1)走心(xin)式(shi)数控(kong)机床结构(gou)性(xing)热(re)(re)(re)源(yuan)。电动(dong)(dong)机发(fa)热(re)(re)(re)如主(zhu)轴电动(dong)(dong)机、进给伺服(fu)电动(dong)(dong)机、冷却润(run)滑泵电动(dong)(dong)机、电控(kong)箱等均可产生热(re)(re)(re)量。这(zhei)些情况对(dui)电动(dong)(dong)机本身(shen)来(lai)说是允许(xu)的,但对(dui)于(yu)主(zhu)轴、滚珠丝(si)杠等元(yuan)器件则有重(zhong)大(da)不利影(ying)响,应采取措施予以隔离。当(dang)输(shu)入电能(neng)(neng)驱动(dong)(dong)电动(dong)(dong)机运(yun)(yun)(yun)转时,除(chu)了有少部分(约20%左右(you))转化(hua)为(wei)(wei)电动(dong)(dong)机热(re)(re)(re)能(neng)(neng)外,大(da)部分将(jiang)由运(yun)(yun)(yun)动(dong)(dong)机构(gou)转化(hua)为(wei)(wei)动(dong)(dong)能(neng)(neng),如主(zhu)轴旋转、工(gong)作台运(yun)(yun)(yun)动(dong)(dong)等;但不可避免的仍有相当(dang)部分在(zai)运(yun)(yun)(yun)动(dong)(dong)过程中转化(hua)为(wei)(wei)摩擦发(fa)热(re)(re)(re),例如轴承、导轨、滚珠丝(si)杠和传动(dong)(dong)箱等机构(gou)发(fa)热(re)(re)(re)。

    (2)工(gong)艺(yi)过程的(de)切(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)热(re)。切(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)过程中(zhong)刀(dao)(dao)(dao)(dao)具或工(gong)件(jian)(jian)的(de)动能一部(bu)分消耗(hao)于(yu)切(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)功,相当一部(bu)分则(ze)转化切(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)(xue)的(de)变形能和切(qie)(qie)(qie)屑与刀(dao)(dao)(dao)(dao)具间的(de)摩擦热(re),形成刀(dao)(dao)(dao)(dao)具、主轴(zhou)和工(gong)件(jian)(jian)发热(re),并由大量(liang)切(qie)(qie)(qie)屑热(re)传导给机床(chuang)的(de)工(gong)作台夹具等部(bu)件(jian)(jian)。它们将直接影(ying)响刀(dao)(dao)(dao)(dao)具和工(gong)件(jian)(jian)间的(de)相对(dui)位(wei)置(zhi)。

    (3)冷(leng)却(que)(que)。冷(leng)却(que)(que)是针对(dui)走心机(ji)温度升高的反向(xiang)措施,如电(dian)(dian)动机(ji)冷(leng)却(que)(que)、主轴部件冷(leng)却(que)(que)以及基础结构件冷(leng)却(que)(que)等。高端机(ji)床往(wang)(wang)往(wang)(wang)对(dui)电(dian)(dian)控箱(xiang)配制冷(leng)机(ji),予以强迫冷(leng)却(que)(que)。

    4.机床(chuang)的(de)结构形态对温升的(de)影响

    在数控(kong)机(ji)床(chuang)热变(bian)形(xing)领(ling)域讨论纵切式数控(kong)机(ji)床(chuang)结(jie)构形(xing)态(tai)(tai),通常指结(jie)构形(xing)式、质量分布、材料(liao)性能和热源分布等问题。结(jie)构形(xing)态(tai)(tai)影响机(ji)床(chuang)的(de)温(wen)度分布、热量的(de)传导方向(xiang)、热变(bian)形(xing)方向(xiang)及匹配(pei)等。

    (1)数(shu)控(kong)走心机(ji)床(chuang)(chuang)的(de)结构形态(tai)。在总体结构方面,机(ji)床(chuang)(chuang)有立式(shi)、卧式(shi)、龙(long)门式(shi)和悬臂式(shi)等(deng),对(dui)于(yu)热的(de)响应(ying)和稳定(ding)性均(jun)有较大(da)差异。例如齿(chi)轮变速(su)的(de)车(che)床(chuang)(chuang)主轴箱的(de)温升可(ke)高(gao)达35℃,使主轴端上抬,热平衡时间需2h左右(you)。而斜床(chuang)(chuang)身式(shi)精(jing)密车(che)铣加工中(zhong)心,机(ji)床(chuang)(chuang)有一个稳定(ding)的(de)底座。明显(xian)提高(gao)了整机(ji)刚度(du),主轴采用伺服(fu)电(dian)动机(ji)驱动,去除了齿(chi)轮传动部分,其温升一般小于(yu)15℃。

    (2)热(re)(re)源(yuan)分布的(de)(de)(de)影(ying)响。机(ji)床上(shang)通常(chang)认为(wei)热(re)(re)源(yuan)是(shi)指电动(dong)(dong)机(ji)。如主轴(zhou)(zhou)电动(dong)(dong)机(ji)、进给电动(dong)(dong)机(ji)和(he)液压系(xi)统等(deng),其(qi)实是(shi)不完全的(de)(de)(de)。电动(dong)(dong)机(ji)的(de)(de)(de)发(fa)热(re)(re)只是(shi)在(zai)承担负荷时,电流消耗在(zai)电枢阻(zu)抗(kang)上(shang)的(de)(de)(de)能(neng)量,另(ling)有(you)相当(dang)一部分能(neng)量消耗于轴(zhou)(zhou)承、丝(si)杠(gang)螺母(mu)和(he)导(dao)轨等(deng)机(ji)构的(de)(de)(de)摩擦功引起的(de)(de)(de)发(fa)热(re)(re)。所以(yi)可把电动(dong)(dong)机(ji)称为(wei)一次热(re)(re)源(yuan),将轴(zhou)(zhou)承、螺母(mu)、导(dao)轨和(he)切屑称之为(wei)二次热(re)(re)源(yuan)。热(re)(re)变形则(ze)是(shi)所有(you)这些热(re)(re)源(yuan)综合(he)影(ying)响的(de)(de)(de)结果。

    一台5轴数控(kong)走心机在Y向进(jin)给运动(dong)中温升(sheng)和变(bian)形情况。Y向进(jin)给时工(gong)作台未作运动(dong),所以对X向的(de)热变(bian)形影响很(hen)小。在立柱(zhu)上(shang),离(li)Y轴的(de)导轨丝杠越远(yuan)的(de)点,其温升(sheng)越小。

    该机在Z轴(zhou)(zhou)移动时(shi)的情况则更(geng)进一步说明(ming)了热(re)(re)源分布对热(re)(re)变形(xing)的影(ying)响。Z轴(zhou)(zhou)进给离(li)X向(xiang)更(geng)远,故热(re)(re)变形(xing)影(ying)响更(geng)小,立(li)柱上离(li)Z轴(zhou)(zhou)电动机螺(luo)母越近,温升及变形(xing)也越大。

    (3)质量(liang)分(fen)布(bu)(bu)的(de)影响。质量(liang)分(fen)布(bu)(bu)对机床热(re)变(bian)形(xing)(xing)(xing)的(de)影响有三方面(mian)。其(qi)一,指质量(liang)大小与集中程度(du),通(tong)常指改(gai)(gai)变(bian)热(re)容量(liang)和热(re)传(chuan)递的(de)速度(du),改(gai)(gai)变(bian)达到热(re)平衡的(de)时(shi)间;其(qi)二,通(tong)过(guo)改(gai)(gai)变(bian)质量(liang)的(de)布(bu)(bu)置(zhi)(zhi)形(xing)(xing)(xing)式,如(ru)各种筋板的(de)布(bu)(bu)置(zhi)(zhi),提高结(jie)构的(de)热(re)刚度(du),在同样(yang)温(wen)升的(de)情况下,减小热(re)变(bian)形(xing)(xing)(xing)影响或(huo)保持相对变(bian)形(xing)(xing)(xing)较(jiao)小;其(qi)三,则指通(tong)过(guo)改(gai)(gai)变(bian)质量(liang)布(bu)(bu)置(zhi)(zhi)的(de)形(xing)(xing)(xing)式,如(ru)在结(jie)构外部(bu)布(bu)(bu)置(zhi)(zhi)散(san)热(re)筋板,以降(jiang)低(di)机床部(bu)件的(de)温(wen)升。

    (4)材(cai)(cai)料(liao)性(xing)能(neng)的影响(xiang):不(bu)(bu)同的材(cai)(cai)料(liao)有(you)不(bu)(bu)同的热性(xing)能(neng)参数(比热、导热率和线(xian)膨胀(zhang)系数),在同样热量的影响(xiang)下(xia),其温(wen)升、变形均有(you)不(bu)(bu)同。