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(biàn)形是影響機(ji)床加工精度(dù)的原因之一(yi)。機床受🧑🏽‍🤝‍🧑🏻到🈚車(che)間環✌️境🏒溫度(dù)變化、電動機(ji)發熱和機械(xie)運動摩擦發(fā)❄️熱、切削熱以(yi)及冷卻介質(zhi)的影響，會導(dao)緻機床各部(bù)的溫升不均(jun)勻，導緻機床(chuang)形态精⭐度及(jí)加工精度的(de)變化。比如，在(zài)一台普通精(jing)度的數控銑(xi)床上加工70mm×1650mm的(de)螺杆，上🈲午7:30-9:00銑(xǐ)削的工㊙️件與(yǔ)下午2:00-3:30加工的(de)工件相比，累(lèi)積誤差的💃🏻變(bian)化可達85m。而在(zài)恒溫的條件(jian)下，誤差可以(yi)減小到40m。

　　再比(bi)如，一台用于(yu)雙端面磨削(xuē)0.6～3.5mm厚的薄鋼片(pian)工件的💞精密(mì)雙端面磨床(chuang)，在驗收時加(jia)工200mm×25mm×1.08mm鋼片工件(jian)能達到mm的尺(chi)寸精度，彎曲(qu)度在全長内(nei)小于5m。但連續(xù)自動磨削1h後(hòu)，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(mó)削熱的影響(xiǎng)，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(xiào)果十分理想(xiǎng)。實踐證明，機(jī)床受熱後的(de)變形是影響(xiǎng)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(hao)能量，這些能(néng)量的相當一(yī)部分會以各(gè)種方式轉化(hua)為熱，引起機(ji)床各構件的(de)物理變化，這(zhè)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(jì)師應掌握熱(re)的形成機理(lǐ)和溫度分布(bù)規律，采取相(xiang)應的措施💃，使(shǐ)熱變形對加(jia)工精度的影(ying)響✔️縮減到最(zuì)低。

　　我們國家(jiā)幅員遼闊，大(dà)部分地區處(chu)于亞熱帶地(di)區，一年四季(ji)的溫度變化(hua)較大，一天内(nei)溫差變化也(ye)不一樣。因此(ci)，人們對室🈚内(nèi)(如車間)溫度(du)的幹預的方(fāng)式和程度也(ye)不同，機床周(zhou)圍的溫🧑🏾‍🤝‍🧑🏼度氛(fen)圍千差萬别(bie)。舉個例子，長(zhǎng)三角地區季(ji)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(gong)車⛱️間一般冬(dōng)天無供熱，夏(xià)天無空調，但(dàn)隻要車間通(tōng)風較好，機加(jia)工車間的溫(wēn)度梯度變化(hua)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(cì)年4月初為供(gong)暖期，機加工(gong)車間的設計(ji)⭐有供暖，空氣(qi)流通不足。車(che)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(du)1.5℃，時間為上午(wu)8:15-8:35，車間内溫度(dù)變化約3.5℃。精密(mì)機床的加工(gōng)精度在這樣(yàng)的車間内受(shou)環境溫度影(ying)響将是很大(dà)的。

　　究竟(jing)是哪些原因(yin)，影響着機床(chuáng)近距離範圍(wei)内各種⭐布局(ju)形成的熱環(huán)境呢？

　　主要包(bao)括以下4個方(fāng)面：

　　1)車間小氣(qì)候：如車間内(nèi)溫度的分布(bù)(垂直方向、水(shuǐ)平⭕方♻️向)。當晝(zhòu)夜交替或氣(qì)候以及通風(feng)變化時車間(jiān)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(deng)的輻射等，它(tā)們離機床較(jiao)近時可直接(jie)長時間影響(xiang)機床整體或(huò)部分部件的(de)溫升。相鄰設(shè)備在運行時(shí)産生的🛀熱量(liang)會以幅射或(huò)空氣流動的(de)方式影響機(ji)⛹🏻‍♀️床溫升。

　　3)散熱(rè)：地基有較好(hao)的散熱作用(yòng)，尤其是精密(mì)機床的地基(jī)☔切忌靠近地(dì)下供熱管道(dào)，一旦破裂洩(xie)漏時，可能成(chéng)為一♋個難以(yǐ)找到原因的(de)熱源；敞開的(de)車間将是一(yi)個🔆很好的“散(san)熱器”，有利于(yu)車間溫度均(jun)衡。

　　4)恒溫：車間(jiān)采取恒溫設(she)施對精密機(ji)床保持精度(dù)和加🌏工精度(du)是很有效果(guo)的，但能耗較(jiào)大。

　　機床内部(bu)熱影響因素(su)

　　1)機床結構性(xing)熱源。電動機(jī)發熱如主軸(zhou)電動機、進給(gei)伺服電動機(jī)💞、冷卻潤滑泵(beng)電動機、電控(kòng)箱等均可産(chan)生熱量。這些(xiē)情況對電動(dong)機本身來說(shuo)是允許的，但(dan)對于主軸、滾(gǔn)珠絲杠等元(yuán)器件則有重(zhòng)大不利影響(xiang)🐕，應采取措施(shī)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(zuo)🥰台運動等；但(dan)不可避免的(de)仍有相當部(bu)分在運動過(guò)程中轉化為(wéi)摩擦發熱，例(li)如軸承、導軌(guǐ)📱、滾珠絲杠和(he)❤️傳動箱等機(ji)構發熱。

　　2)工藝(yì)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(xie)與🔴刀具間的(de)摩擦熱，形成(chéng)刀具、主軸和(hé)工件發熱，并(bìng)由大量切屑(xiè)熱傳導給機(jī)床的工作台(tái)夾具等部件(jiàn)。它們将直接(jie)影響刀具❓和(hé)工件間👈的相(xiang)對位置。

　　3)冷卻(què)。冷卻是針對(dui)機床溫度升(sheng)高的反向措(cuo)施，如電動機(ji)冷卻、主軸部(bù)件冷卻以及(jí)基礎結構件(jiàn)冷卻等。高端(duan)機床往往🈲對(dui)電控箱😍配制(zhi)冷機，予以強(qiáng)迫冷卻。

　　機床(chuáng)的結構形态(tai)對溫升的影(yǐng)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(liào)⭕性能和熱源(yuán)分👉布等問題(tí)。結構形态影(ying)響機床的溫(wēn)度分布、熱量(liang)的傳導方向(xiàng)、熱變形方向(xiàng)及匹配等。

　　1)機(ji)床的結構形(xíng)态。在總體結(jie)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(hé)穩定性均有(you)較大差異。例(li)如齒輪變速(su)的車床主軸(zhóu)箱的溫升可(kě)高達35℃，使主軸(zhou)端上擡，熱平(ping)衡時間需2h左(zuo)右。而斜床身(shēn)式精密車銑(xǐ)加工✏️中心，機(jī)床有一個穩(wěn)❓定的底座。明(ming)顯提高了整(zhěng)機剛度，主軸(zhou)采用伺服電(diàn)動機驅動，去(qu)除了齒輪傳(chuan)動部分，其溫(wēn)升☎️一般小于(yu)15℃。

　　2)熱源分布的(de)影響。機床上(shang)通常認為熱(rè)源是指電動(dòng)機💃。如主軸電(diàn)動機、進給電(dian)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(dian)🈲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(zhou)承、絲杠螺母(mu)和導軌等機(jī)構🐪的摩擦功(gōng)引起的發熱(rè)。所以可把電(dian)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(re)源綜合影響(xiang)的結果。一台(tai)立柱移動式(shi)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(gong)作台未作運(yun)動，所以對X向(xiang)的熱變形影(yǐng)響很小。在立(li)柱上，離Y軸的(de)導軌絲杠越(yuè)遠的點，其溫(wen)升越小。該機(ji)在Z軸移動時(shi)的情況則更(gèng)進一步說明(míng)了熱源分布(bu)對熱變形的(de)影響。Z軸進給(gěi)離X向更遠，故(gù)熱變形影響(xiang)更小，立柱上(shang)離Z軸電動機(jī)👣螺母越近，溫(wēn)升及變形也(ye)越大。

　　3)質量分(fen)布的影響。質(zhi)量分布對機(ji)床熱變形的(de)影響有三方(fang)👄面。其一，指質(zhì)量大小與集(ji)中程度，通常(cháng)指改變熱容(rong)量♈和熱傳遞(dì)🏃🏻‍♂️的速度，改變(bian)達到熱平衡(héng)的時間

　　其二(er)，通過改變質(zhi)量的布置形(xíng)式，如各種筋(jin)闆的布置，提(ti)✔️高結構的熱(rè)剛度，在同樣(yàng)溫升的情況(kuàng)下，減小熱變(biàn)形影響或保(bao)持相對變形(xing)較小；

　　機(ji)床熱性能的(de)測試

　　1、機床熱(rè)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(shì)，充分了解機(jī)床所處的環(huan)境溫度的變(biàn)化，機床本身(shen)熱源及溫度(dù)變化以及關(guān)鍵點的響應(yīng)(變形位💋移)。測(ce)試🛀🏻數據或曲(qu)線描述一台(tai)機床熱特性(xìng)，以便采取對(duì)策，控制熱變(biàn)形，提高機床(chuáng)的加✂️工精度(du)和效率。

　　2、機床(chuáng)熱變形測試(shì)的原理熱變(bian)形測試首先(xian)需要測量若(ruo)幹相關♈點的(de)溫度，包含以(yi)下幾方面：

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

　　3)機械(xie)結構：包括床(chuáng)身、底座、滑闆(pǎn)、立柱和銑頭(tóu)箱體和🌐主🔞軸(zhóu)🔞。在主軸和回(hui)轉工作台之(zhī)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(gan)器，測量在各(ge)種狀态下的(de)綜合變形，以(yi)模拟刀具和(he)工件間的相(xiang)對位移。

　　3、測試(shì)數據處理分(fèn)析機床熱變(biàn)形試驗要在(zài)一個較❄️長的(de)連續時間内(nei)進行，進行連(lián)續的數據記(ji)錄，經過分析(xi)處理，所反✂️映(yìng)的㊙️熱變形特(te)性可靠性很(hen)高。如果🥰通過(guo)多次試驗進(jìn)行誤差剔除(chu)，則所顯示的(de)規律性是可(ke)信的👨‍❤️‍👨。主軸系(xi)統💜熱變形試(shì)驗中共設置(zhì)了5個測📱量點(diǎn)，其中點1、點2在(zai)主軸端部和(he)靠近主軸軸(zhóu)承處，點4、點5分(fen)别在銑頭殼(ke)體靠近Z向導(dao)軌處。測試時(shí)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(xù)以9000r/min高速旋轉(zhuan)。

　　因此，我們可(ke)以得出以下(xia)結論：

　　1)該主軸(zhóu)的熱平衡時(shi)間約1h左右，平(ping)衡後溫升變(biàn)化範圍1.5℃；

　　3)熱變形(xing)在X向影響很(hěn)小；

　　4)Z向伸縮變(biàn)形較大，約10m，是(shi)由主軸的熱(re)伸長及軸承(cheng)間隙增大引(yǐn)起🈲的；

　　5)當轉速(sù)持續在9000r/min時，溫(wen)升急劇上升(sheng)，在2.5h内急升7℃左(zuǒ)右，且有🚶‍♀️繼續(xù)上升的趨勢(shi)，Y向和Z向的變(biàn)形達到了29m和(hé)37m，說明該主軸(zhóu)在轉速🐅為9000r/min時(shí)已不能穩定(dìng)運行，但可以(yi)短時間内(20min)運(yun)行。機床熱變(biàn)形🎯的控制由(you)以上分析讨(tao)論，機床的溫(wen)升和熱變形(xíng)對加工精度(dù)的影響因素(su)多種🥰多樣，采(cǎi)取控制措施(shī)時，應抓住主(zhǔ)要矛盾，重點(dian)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(xiàng)入手：減少發(fā)熱，降低溫升(sheng)，結構平衡，合(he)理冷卻。

影響機床(chuang)加工精度的(de)原因之熱變(biàn)形