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

熱變(bian)形是影響機(ji)床加工精度(dù)的原因之一(yi)。機床受到車(chē)間環境溫度(du)變化、電動機(jī)發熱和機械(xie)運動摩🐇擦發(fā)熱、切削熱🔞以(yi)及冷卻📐介質(zhì)的影響，會導(dao)緻機床各部(bu)的溫升不均(jun)勻，導緻機床(chuáng)❓形态精度及(ji)加工精度的(de)變化。比如，在(zài)一⛱️台普通精(jing)度的數控🔞銑(xǐ)床上加工70mm×1650mm的(de)螺杆，上午7:30-9:00銑(xi)削的工件與(yǔ)下午2:00-3:30加工的(de)工件相比，累(lei)積誤差的變(bian)化可達85m。而在(zai)📱恒溫的條件(jian)下，誤差可以(yǐ)減小到40m。

　　再比(bi)如，一台用于(yú)雙端面磨削(xuē)0.6～3.5mm厚的薄鋼片(pian)工件的🔞精密(mi)雙端面🈲磨床(chuang)，在驗收時加(jia)工200mm×25mm×1.08mm鋼片工件(jiàn)能達到mm的尺(chǐ)寸精度，彎曲(qu)度在全長内(nèi)小于5m。但連續(xù)自動磨削1h後(hou)，尺寸變化範(fan)圍增大至12m，冷(leng)☀️卻液溫度由(you)開機時的17℃上(shang)升到45℃。由于磨(mo)削熱的影響(xiang)，導緻主軸🥰軸(zhou)頸伸長⭐，主軸(zhou)前軸承間隙(xi)增大。據此，為(wéi)該機床冷卻(que)液箱添加一(yi)台5.5kW制冷機✉️，效(xiao)果十分理想(xiǎng)。實踐證明，機(ji)床🚶受熱👣後的(de)變形是影響(xiang)加工精度的(de)重要原因。但(dàn)機床是處在(zài)溫度随時随(sui)處變化的環(huán)境中；機床本(běn)身在工作時(shí)必然會消耗(hào)能量⁉️，這些能(neng)量的相當一(yī)部分會以各(gè)種方式轉化(huà)為熱，引起機(ji)床各構件🐕的(de)物理變✍️化，這(zhe)種變化又因(yīn)為結構🙇‍♀️形式(shi)的不同，材質(zhi)的差異👅等原(yuan)因而千差萬(wan)别。機床設計(ji)師應掌握熱(rè)的形成機理(lǐ)和溫♈度分布(bù)規律，采取相(xiang)應的措施，使(shi)熱變形對加(jiā)工精度的影(ying)響🈲縮減到最(zuì)低。

　　我們國家(jia)幅員遼闊，大(dà)部分地區處(chu)于亞熱帶地(dì)區👉，一🔅年四季(ji)的溫度變化(huà)較大，一天内(nèi)溫差變化也(yě)不🐪一樣☔。因此(ci)，人們🆚對室✍️内(nei)(如車間)溫度(du)的幹預的方(fang)式🏃🏻‍♂️和程度⛷️也(ye)不同，機床周(zhou)圍的溫度氛(fen)圍千差萬别(bié)。舉✉️個例子，長(zhǎng)😄三角地區🐅季(jì)節溫度變化(hua)範圍㊙️約45℃左右(you)，晝㊙️夜溫度變(biàn)化約5～12℃。機加工(gōng)車間一般冬(dōng)天✂️無供熱，夏(xia)天無空調，但(dàn)隻要🛀🏻車間通(tong)風較好，機加(jia)工車間的溫(wēn)度梯度變化(huà)不大。而東北(bei)地區，季節溫(wen)差可達60℃，晝夜(ye)變化約8～15℃。每年(nián)10月下旬至次(ci)年4月初為供(gòng)暖期，機加工(gong)車間的設計(jì)有供暖，空氣(qì)流通不☔足。車(chē)間内外溫差(cha)可達50℃。因此車(chē)間内冬季的(de)溫度梯度十(shi)分複雜，測量(liàng)時♋室外溫度(dù)1.5℃，時間為上午(wǔ)8:15-8:35，車間内溫度(dù)變化約3.5℃。精密(mì)機床的加工(gong)精度在這樣(yàng)的車間内受(shou)環境溫度影(ying)響将是很大(da)📐的。

　　究竟(jing)是哪些原因(yin)，影響着機床(chuang)近距離範圍(wei)内各種♉布局(jú)形成的🈲熱環(huan)境呢？

　　主要包(bāo)括以下4個方(fāng)面：

　　1)車間小氣(qì)候：如車間内(nei)溫度的分布(bu)(垂直方向、水(shui)平方向)。當晝(zhou)夜交替或氣(qì)候以及通風(feng)變化時車間(jian)溫度均會産(chan)🏃生緩慢變💁化(hua)。

　　2)車間熱源：如(ru)太陽照射、供(gong)暖設備和大(da)功率照明燈(dēng)的輻⭐射等，它(ta)們離機床較(jiào)近時可直接(jiē)長時間影響(xiǎng)機床整體🈲或(huo)部分部件的(de)溫升。相鄰設(shè)備在運行時(shi)産生的💚熱量(liàng)會以幅射或(huò)空氣👌流動的(de)方式影響機(ji)床溫升。

　　3)散熱(re)：地基有較好(hao)的散熱作用(yòng)，尤其是精密(mi)機床的地基(ji)切忌☀️靠近地(di)下供熱管道(dao)，一旦破裂洩(xiè)漏時，可能成(chéng)為一個難🈲以(yi)找到原🐆因的(de)熱源；敞開的(de)車間将是一(yi)個🈲很好的“散(sàn)熱器”，有利于(yu)車間溫度均(jun1)衡。

　　4)恒溫：車間(jian)采取恒溫設(she)施對精密機(ji)床保持精度(du)和加工精度(du)是很有效果(guǒ)的，但能耗較(jiao)大。

　　機床内部(bù)熱影響因素(sù)

　　1)機床結構性(xing)熱源。電動機(ji)發熱如主軸(zhóu)電動機、進給(gěi)伺😘服電動機(ji)♊、冷卻潤滑泵(bèng)電動機、電控(kong)箱等均可産(chǎn)生熱量。這些(xiē)情況對電動(dong)機本身來說(shuo)是允許的，但(dàn)對于主軸、滾(gun)珠🧡絲杠等元(yuán)器件✨則有重(zhòng)🐉大不利影響(xiang)，應采取措施(shi)予以隔離。當(dang)輸入電能驅(qū)動電動機運(yùn)轉時，除了少(shao)部分(約20%左右(yòu))轉化為電動(dòng)機熱能外，大(dà)部分将由運(yùn)☀️動🌍機構轉化(hua)為動💋能，如主(zhǔ)軸旋轉、工作(zuò)台運動等；但(dan)不可避免的(de)仍有相當部(bu)分在運動過(guo)程中轉化為(wei)摩擦發✍️熱，例(li)如軸承、導軌(guǐ)、滾珠絲杠和(he)傳動箱等機(jī)構發熱。

　　2)工藝(yi)過程的切削(xuē)熱。切削過程(cheng)中刀具或工(gōng)件的動能一(yī)部分消耗于(yú)切削功，相當(dāng)一部分則轉(zhuǎn)化切削的變(bian)形能和切屑(xiè)與刀具間的(de)摩擦熱，形成(cheng)刀具、主軸和(he)工件發熱，并(bing)由大量切屑(xie)🏃🏻‍♂️熱傳導♋給機(ji)床的工作台(tái)夾具等部件(jiàn)。它們将直接(jie)影響刀具和(he)工件間的相(xiang)對位置。

　　3)冷卻(què)。冷卻是針對(dui)機床溫度升(shēng)高的反向措(cuò)施，如電動機(ji)冷卻、主軸部(bù)件冷卻以及(jí)基礎結構件(jian)冷卻等。高端(duān)機床往往對(duì)電控箱配制(zhì)冷機，予以強(qiang)迫冷卻。

　　機床(chuang)的結構形态(tai)對溫升的影(ying)響在機床熱(re)變形領域讨(tao)論🔞機床🚩結構(gou)形态，通常指(zhi)結構形式、質(zhi)量分布🍉、材料(liao)性能和熱源(yuán)分🐇布等問題(tí)。結構形态影(ying)響機床的溫(wen)度分布、熱量(liàng)的傳導方向(xiang)、熱變形方向(xiàng)及匹配等。

　　1)機(ji)床的結構形(xing)态。在總體結(jié)構方面，機床(chuáng)有立式、卧式(shì)、龍門式和🎯懸(xuán)臂式等，對于(yu)熱的響應和(he)穩定性均有(yǒu)較🎯大差異。例(li)如齒輪變速(sù)的車床主軸(zhóu)箱的溫升可(kě)高達35℃，使主軸(zhóu)端上擡，熱平(píng)衡✏️時間需2h左(zuo)右。而斜床身(shen)式精密車銑(xǐ)加工中心，機(ji)床有一個穩(wěn)㊙️定的底座⚽。明(míng)顯提高了整(zhěng)機剛度，主軸(zhóu)采用伺服電(dian)動機驅動♋，去(qù)除了齒輪傳(chuán)動部分，其溫(wen)升一般小于(yu)15℃。

　　2)熱源分布的(de)影響。機床上(shàng)通常認為熱(re)源是指電動(dòng)機。如主軸電(diàn)動機、進給電(diàn)動機和液壓(yā)系統等，其實(shí)是不完全的(de)。電動機的發(fā)熱隻是在承(cheng)擔負荷時，電(diàn)流消耗在電(dian)樞🎯阻抗上的(de)能量，另有相(xiàng)🌈當一部分能(néng)量消耗于軸(zhóu)承、絲杠螺母(mǔ)和導軌等機(ji)構🌈的摩擦功(gong)引起的發熱(rè)。所以可把電(diàn)動機稱為一(yī)次熱源，将軸(zhóu)👌承、螺母、導軌(guǐ)和切屑稱之(zhi)為二次熱源(yuan)。熱變形則是(shi)所有這些熱(rè)源綜合影響(xiǎng)的結果。一台(tái)立柱移動式(shì)立式加工中(zhōng)心在Y向🤟進給(gei)運動中溫升(shēng)和變形情況(kuang)✔️。Y向進給時工(gōng)作台未作🏃‍♀️運(yùn)動，所🌈以對X向(xiàng)的熱變形影(yǐng)響很小。在立(lì)柱上🆚，離Y軸的(de)導軌絲杠越(yuè)遠💘的點，其溫(wēn)升越小。該機(ji)在Z軸移動時(shi)的情況則更(geng)進一步說明(ming)了熱源分布(bu)對熱變形的(de)影響。Z軸進給(gei)離X向更遠，故(gù)熱變形影響(xiǎng)更小，立柱上(shàng)離Z軸電動機(jī)螺母越近，溫(wen)升及變形也(yě)越大。

　　其三，則(zé)指通過改變(bian)質量布置的(de)形式，如在結(jié)構外部布置(zhì)散熱筋闆，以(yi)降低機床部(bu)件的溫升。

　　材(cai)料性能的影(ying)響：不同的材(cái)料有不同的(de)熱性能參🈚數(shu)(比熱、導熱率(lü)和線膨脹系(xi)數)，在同樣熱(re)量的影響下(xia)，其溫升、變形(xing)均有不同。

　　機(ji)床熱性能的(de)測試

　　1、機床熱(re)性能測試的(de)目的控制機(jī)床熱變形的(de)關鍵是通‼️過(guo)熱特性測試(shi)，充分了解機(jī)床所處的環(huan)境溫度的變(bian)化，機床本身(shen)熱源✂️及溫度(du)變化以及關(guān)鍵點🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的響應(yīng)(變形位移)。測(ce)試數據或💛曲(qǔ)線描述一台(tái)機床熱特性(xìng)，以便采取對(duì)策，控制熱變(bian)形，提高機床(chuang)的加工精度(du)和效率。

　　1)熱(re)源：包括各部(bù)分進給電動(dòng)機、主軸電動(dòng)機、滾珠絲杠(gang)傳動副🚶‍♀️、導軌(gui)、主軸軸承。

　　2)輔(fǔ)助裝置：包括(kuò)液壓系統、制(zhì)冷機、冷卻和(he)潤滑位移檢(jian)測系統。

　　3)機械(xie)結構：包括床(chuang)身、底座、滑闆(pǎn)、立柱和銑頭(tou)箱體和🌈主軸(zhou)⛱️。在🍉主軸和回(hui)轉工作台之(zhi)間夾持有铟(yin)鋼測棒，在X、Y、Z方(fāng)🐪向配置了5個(ge)接觸式傳感(gǎn)器，測量在各(gè)種狀态下的(de)綜合變形❓，以(yǐ)模拟刀具和(he)工件間的相(xiàng)對位移。

　　3、測試(shi)數據處理分(fen)析機床熱變(bian)形試驗要在(zai)一個較長🚶‍♀️的(de)連續時間内(nèi)進行，進行連(lián)續的數據記(jì)錄，經過分析(xi)處理，所反👅映(yìng)的熱變形特(tè)性可靠性很(hěn)高。如果通過(guò)多📐次試驗✂️進(jìn)行誤差剔除(chú)，則所顯示的(de)規律性是可(ke)信的。主軸系(xi)統🔞熱變形試(shi)驗中共設置(zhì)了5個測😍量點(dian)，其中點1、點2在(zài)主軸端💞部和(he)靠近主軸軸(zhóu)承處，點4、點5分(fèn)别在銑頭殼(ke)體靠近Z向導(dao)軌處。測試時(shi)間共持📞續了(le)14h，其中前10h主軸(zhóu)轉速分别在(zài)0～9000r/min範圍⚽内交替(ti)變速，從第10h開(kāi)始，主軸持續(xu)以9000r/min高速旋轉(zhuan)。

　　因此，我們可(kě)以得出以下(xià)結論：

　　1)該主軸(zhóu)的熱平衡時(shi)間約1h左右，平(píng)衡後溫升變(bian)化範🐅圍1.5℃；

　　2)溫升(shēng)主要來源于(yú)主軸軸承和(hé)主軸電動機(ji)，在正常變速(su)範圍内，軸承(cheng)的熱态性能(néng)良好；

　　3)熱變形(xing)在X向影響很(hen)小；

　　4)Z向伸縮變(biàn)形較大，約10m，是(shì)由主軸的熱(rè)伸長及軸承(chéng)間隙增大引(yin)起的；

　　5)當轉速(sù)持續在9000r/min時，溫(wēn)升急劇上升(sheng)，在2.5h内急升7℃左(zuo)右，且有繼續(xù)上升🐉的趨勢(shì)，Y向和Z向的變(biàn)形達到了29m和(he)37m，說明該主軸(zhóu)在轉速為9000r/min時(shi)已不能穩定(dìng)運行，但可以(yǐ)短時間内(20min)運(yun)行。機床熱變(bian)形的控制由(you)以上分析讨(tao)論，機床的溫(wēn)升和熱變形(xíng)對加工精度(du)的影響因素(su)多種多樣，采(cǎi)取控制措施(shi)時，應抓住主(zhǔ)要矛盾，重點(diǎn)采取一、二項(xiang)措施💞，取得事(shì)半功倍的效(xiào)果。在設計中(zhong)應從4個方向(xiang)入手：減少發(fa)熱，降低溫升(shēng)，結構平衡，合(hé)理冷卻。

影響機床(chuáng)加工精度的(de)原因之熱變(biàn)形