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

熱變形(xíng)是影響(xiǎng)機床加(jia)工精度(du)的原因(yīn)之一。機(ji)床受到(dào)車💰間環(huan)境溫度(dù)變化、電(diàn)動機發(fā)熱和機(jī)械運動(dòng)摩擦發(fā)熱、切削(xue)熱以及(ji)🏃🏻冷卻介(jiè)質的影(ying)響，會導(dao)緻機床(chuang)各部的(de)溫升不(bú)均勻，導(dǎo)緻機床(chuáng)形态精(jing)度及加(jiā)工精🐇度(dù)的變化(hua)。比如，在(zài)一🎯台普(pu)通精度(du)的數控(kong)銑床上(shang)加工70mm×1650mm的(de)螺杆，上(shang)午7:30-9:00銑削(xue)的工☎️件(jian)與下午(wǔ)2:00-3:30加工的(de)工件相(xiàng)♈比，累積(jī)誤差的(de)變化可(kě)達85m。而在(zài)恒溫的(de)條件下(xia)，誤差可(ke)以減小(xiao)到40m。

　　再比(bǐ)如，一台(tái)用于雙(shuāng)端面磨(mó)削0.6～3.5mm厚的(de)薄鋼片(pian)工件的(de)精密雙(shuāng)端面❄️磨(mó)床，在驗(yàn)收時加(jia)工200mm×25mm×1.08mm鋼片(pian)工件能(néng)達到mm的(de)尺寸精(jing)🌏度，彎曲(qu)度在全(quán)長内小(xiao)于5m。但連(lian)續自動(dong)磨💛削1h後(hòu)，尺寸變(bian)化範圍(wei)增🌏大至(zhi)12m，冷卻液(yè)溫度由(yóu)開機時(shi)的17℃上升(shēng)到㊙️45℃。由于(yu)磨削🎯熱(rè)的影響(xiǎng)，導緻主(zhu)軸軸頸(jing)伸長，主(zhu)軸前軸(zhou)承間隙(xi)增大。據(jù)此，為該(gai)機床🈚冷(leng)卻液箱(xiang)添加一(yī)台5.5kW制冷(lěng)機☀️，效果(guo)十分理(li)想🌍。實踐(jiàn)證明，機(jī)床💜受熱(re)🌏後的變(biàn)形是影(yǐng)響加工(gong)精度的(de)重要原(yuán)因。但機(ji)床是處(chu)在溫度(dù)随時随(suí)處變化(huà)的環境(jìng)中；機床(chuáng)本身在(zài)工作時(shi)必然會(huì)消耗能(néng)量，這些(xie)能🐕量的(de)相當一(yi)部分會(hui)以各種(zhong)方式轉(zhuǎn)化為熱(rè)，引起機(jī)床各構(gou)件的物(wu)理變化(huà)，這種變(biàn)化又因(yīn)為結構(gou)形式的(de)不同，材(cái)質的差(chà)異等原(yuan)因而千(qian)差萬别(bie)。機床設(she)計師應(ying)掌握熱(rè)的形成(cheng)機理和(he)溫🔞度分(fen)布規律(lǜ)，采取相(xiàng)應的措(cuò)⭕施，使熱(re)變形對(duì)加工精(jing)度的影(ying)響縮減(jiǎn)到最低(di)。

　　我們國(guó)家幅員(yuan)遼闊，大(da)部分地(dì)區處于(yú)亞熱帶(dài)地區，一(yi)年四季(ji)的溫度(du)變化較(jiào)大，一天(tian)内溫差(cha)變化也(ye)不一樣(yàng)。因此，人(rén)們對室(shi)内(如車(chē)間)溫度(du)的幹預(yù)的方式(shi)和程度(dù)也不同(tong)，機床周(zhōu)☀️圍的溫(wēn)度氛圍(wéi)千差萬(wan)别。舉個(gè)例子，長(zhǎng)三角地(dì)區季節(jiē)溫度變(biàn)化範圍(wéi)約45℃左右(you)，晝夜溫(wēn)度變化(hua)約5～12℃。機加(jiā)工車間(jian)一般冬(dong)天無供(gong)熱，夏天(tiān)無空調(diao)，但隻要(yao)車間通(tōng)風較好(hao)，機加工(gong)車間的(de)溫度✏️梯(ti)度變化(huà)不大。而(ér)東北地(di)區，季節(jie)溫差可(kě)達60℃，晝夜(yè)變化約(yuē)8～15℃。每年10月(yuè)下旬至(zhi)次年4月(yue)初為供(gòng)暖期📧，機(ji)加工車(che)間的設(shè)計有供(gòng)暖，空氣(qi)流通不(bú)足。車間(jiān)内外溫(wen)差可達(da)50℃。因此車(chē)間内冬(dōng)季的溫(wēn)度梯度(du)十分複(fu)雜，測量(liang)時🐅室外(wai)溫度1.5℃，時(shí)間為上(shàng)午8:15-8:35，車間(jiān)内溫度(dù)變化約(yue)3.5℃。精密機(ji)床的加(jiā)工精度(dù)在這樣(yang)的車間(jian)内受環(huán)境溫度(du)影響将(jiang)是很大(da)🔴的。

　　主要包(bao)括以下(xia)4個方面(mian)：

　　2)車間(jiān)熱源：如(rú)太陽照(zhào)射、供暖(nuan)設備和(hé)大功率(lǜ)照明燈(dēng)的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼輻射(shè)☔等，它們(men)離機床(chuáng)較近時(shí)可直接(jie)長時間(jian)影響機(ji)床整體(ti)或部分(fèn)部件的(de)溫升。相(xiàng)鄰設備(bei)在運行(hang)時産生(sheng)的熱量(liàng)會以幅(fú)射或空(kong)氣流動(dong)的方式(shì)影響機(ji)床溫升(shēng)。

　　3)散熱：地(di)基有較(jiào)好的散(san)熱作用(yong)，尤其是(shi)精密機(jī)床的地(dì)基切忌(jì)靠近地(dì)下供熱(re)管道，一(yi)旦破裂(lie)洩漏時(shí)，可能成(chéng)♍為一🏒個(gè)難以找(zhǎo)到原因(yīn)的熱源(yuan)；敞開的(de)車間将(jiāng)是一個(gè)很好的(de)“散熱器(qi)🐆”，有利于(yú)車間溫(wen)度均衡(heng)。

　　4)恒溫：車(che)間采取(qǔ)恒溫設(shè)施對精(jīng)密機床(chuang)保持精(jīng)度和加(jia)工精度(dù)是很有(yǒu)效果的(de)，但能耗(hao)較大。

　　機(ji)床内部(bù)熱影響(xiǎng)因素

　　1)機(ji)床結構(gou)性熱源(yuán)。電動機(jī)發熱如(rú)主軸電(diàn)動機、進(jin)給伺服(fú)電動機(jī)、冷卻潤(rùn)滑泵電(diàn)動機、電(diàn)控箱等(děng)均可産(chǎn)🈚生熱量(liang)。這些情(qing)💔況對🈲電(diàn)動機本(ben)身來說(shuo)是允許(xu)的，但對(dui)于主軸(zhóu)、滾珠絲(sī)杠等元(yuan)器件🏃🏻‍♂️則(zé)有重大(dà)不利影(yǐng)響，應采(cai)取措施(shi)予以隔(ge)😄離。當輸(shū)入🔞電能(néng)驅動電(dian)動機運(yùn)⭕轉時，除(chú)了少🔞部(bu)分(約20%左(zuo)右)轉化(hua)為電動(dong)機熱能(néng)外，大部(bù)分将由(yóu)運動機(ji)構轉化(huà)為動能(néng)，如主軸(zhou)旋轉、工(gong)作台運(yun)動等；但(dan)不可避(bì)免的仍(reng)有相當(dāng)✉️部分在(zài)運動過(guo)程中轉(zhuan)化為摩(mo)擦發✉️熱(re)，例如軸(zhou)承、導軌(guǐ)、滾珠絲(sī)杠和🌈傳(chuan)動箱等(děng)機構發(fā)熱。

　　2)工藝(yi)過程的(de)切削熱(re)。切削過(guo)程中刀(dao)具或工(gōng)件的動(dòng)🔞能一部(bu)分消耗(hào)于切削(xuē)功，相當(dāng)一部分(fèn)則轉化(huà)切削的(de)變形能(néng)和切屑(xie)與刀具(jù)間的摩(mo)擦熱，形(xíng)成刀具(jù)、主軸和(he)工件發(fā)熱，并由(yóu)大量切(qiē)屑熱傳(chuán)導給機(jī)床的工(gōng)作台夾(jiá)具等部(bù)件。它們(men)将直接(jie)影響刀(dāo)具和工(gōng)件間的(de)相對位(wei)置。

　　3)冷卻(que)。冷卻是(shì)針對機(jī)床溫度(dù)升高的(de)反向措(cuo)施，如電(dian)動機冷(lěng)❗卻👨‍❤️‍👨、主軸(zhóu)部件冷(lěng)卻以及(ji)基礎結(jié)構件冷(leng)卻等✌️。高(gāo)端機床(chuang)往往對(duì)電控箱(xiāng)❗配制冷(leng)機，予以(yǐ)強迫冷(lěng)卻。

　　1)機床(chuáng)的結構(gou)形态。在(zài)總體結(jié)構方面(miàn)，機床有(yǒu)立式、卧(wò)式、龍門(mén)式🈲和🏒懸(xuán)臂式等(děng)，對于熱(rè)的響應(ying)和穩定(ding)性均有(you)較大差(cha)異。例⛱️如(rú)齒輪變(bian)速的車(che)床主軸(zhóu)箱的溫(wēn)升可高(gao)達35℃，使主(zhǔ)軸端上(shang)擡☎️，熱平(píng)衡時間(jian)需2h左右(yòu)。而斜床(chuang)身式精(jing)密車銑(xi)加工中(zhōng)心，機床(chuang)有一個(gè)穩定的(de)底座💯。明(míng)顯提高(gao)了整機(ji)剛度，主(zhu)軸采用(yòng)伺服🌈電(dian)動機驅(qu)動，去除(chú)了齒輪(lún)傳動部(bu)分，其溫(wen)升一般(ban)小于15℃。

　　2)熱(re)源分布(bù)的影響(xiang)。機床上(shang)通常認(rèn)為熱源(yuan)是指電(diàn)動機。如(rú)主軸電(dian)🔴動機、進(jìn)給電動(dong)機和液(yè)壓系統(tǒng)等，其實(shi)是不完(wán)全的。電(diàn)動機的(de)發熱隻(zhī)是在承(chéng)擔負荷(he)時，電流(liu)消耗在(zai)電樞阻(zǔ)抗上的(de)能量，另(lìng)有相當(dang)一部分(fen)能量消(xiao)耗于軸(zhou)承、絲杠(gang)螺母和(hé)導✂️軌等(deng)機構的(de)摩擦功(gōng)引起的(de)發熱。所(suo)以可把(bǎ)電動機(ji)稱為一(yī)⭕次熱源(yuan)，将軸🍉承(chéng)、螺母、導(dǎo)軌和🙇‍♀️切(qiē)屑稱之(zhī)為二🈲次(ci)熱源。熱(re)變形則(ze)是㊙️所有(you)這些熱(rè)源綜合(hé)影響的(de)結果。一(yī)台立柱(zhu)移動式(shì)立📱式加(jiā)工中心(xīn)在Y向進(jin)給運動(dòng)中溫升(sheng)和變形(xíng)情況。Y向(xiang)進給時(shí)工作台(tai)未作運(yun)動，所以(yi)對X向的(de)熱變形(xíng)影響很(hěn)小。在立(li)柱上，離(lí)Y軸的‼️導(dǎo)軌絲杠(gàng)越遠🤞的(de)點，其溫(wen)升越小(xiao)。該機🥵在(zài)Z軸移動(dòng)時㊙️的情(qíng)況則更(geng)進一步(bu)說明了(le)熱源分(fen)布對熱(re)變形的(de)影響。Z軸(zhou)進給離(lí)X向更遠(yuǎn)，故熱變(biàn)形影響(xiǎng)更小，立(lì)柱上離(lí)Z軸電👨‍❤️‍👨動(dòng)機☁️螺母(mǔ)越近，溫(wen)升及變(bian)形也越(yue)大。

　　3)質量(liàng)分布的(de)影響。質(zhi)量分布(bù)對機床(chuang)熱變形(xíng)的影響(xiang)有三方(fang)✔️面🈲。其一(yi)，指質量(liang)大小與(yu)集中程(chéng)度，通常(chang)指改變(biàn)熱容量(liang)和熱傳(chuán)遞的速(su)度，改變(biàn)達到熱(rè)平衡的(de)時間

　　其(qí)二，通過(guò)改變質(zhì)量的布(bù)置形式(shì)，如各種(zhǒng)筋闆的(de)布😄置，提(ti)💞高結構(gou)的熱剛(gang)度，在同(tong)樣溫升(sheng)的情況(kuang)下，減小(xiao)熱變形(xíng)影響或(huò)保持相(xiàng)對變形(xíng)較小；

　　其(qí)三，則指(zhǐ)通過改(gai)變質量(liàng)布置的(de)形式，如(ru)在結構(gòu)外部布(bù)置散熱(rè)筋闆，以(yǐ)降低機(ji)床部件(jian)的溫升(shēng)。

　　材料性(xìng)能的影(yǐng)響：不同(tóng)的材料(liao)有不同(tóng)的熱性(xìng)能參⭐數(shù)(比🤟熱、導(dao)熱率和(hé)線膨脹(zhang)系數)，在(zai)同樣熱(rè)量的影(yǐng)響下，其(qí)溫升♍、變(biàn)形🆚均有(you)不同。

　　機(jī)床熱性(xìng)能的測(cè)試

　　1、機床(chuang)熱性能(neng)測試的(de)目的控(kong)制機床(chuang)熱變形(xing)的關鍵(jian)是通過(guo)熱特性(xìng)測試，充(chong)分了解(jiě)機床所(suo)處的環(huan)境溫度(dù)的變化(hua)，機床本(ben)身☀️熱源(yuán)及溫度(dù)變化以(yi)及關鍵(jiàn)點的響(xiang)應(變形(xíng)位移)。測(ce)試🧑🏽‍🤝‍🧑🏻數據(ju)或♋曲線(xiàn)描述一(yī)台機床(chuáng)熱特性(xìng)，以便采(cai)取對策(ce)，控制熱(rè)變形，提(tí)高機床(chuáng)的加工(gong)精度和(hé)效率。

　　2、機(ji)床熱變(biàn)形測試(shì)的原理(li)熱變形(xíng)測試首(shǒu)先需要(yao)測量若(ruo)⁉️幹相關(guan)點的溫(wēn)度，包含(han)以下幾(ji)方面：

　　1)熱(re)源：包括(kuò)各部分(fen)進給電(dian)動機、主(zhu)軸電動(dong)機、滾珠(zhū)絲杠傳(chuán)動副❤️、導(dǎo)軌、主軸(zhóu)軸承。

　　2)輔(fǔ)助裝置(zhì)：包括液(ye)壓系統(tong)、制冷機(ji)、冷卻和(he)潤滑位(wèi)移檢🌈測(ce)系統。

　　3)機(ji)械結構(gou)：包括床(chuang)身、底座(zuò)、滑闆、立(lì)柱和銑(xǐ)頭箱體(ti)和主軸(zhou)👉。在🙇🏻主軸(zhóu)和回轉(zhuǎn)工作台(tai)之間夾(jiá)持有铟(yīn)鋼測棒(bang)，在X、Y、Z方向(xiàng)配置了(le)👨‍❤️‍👨5個接觸(chu)式傳感(gan)器，測量(liang)在各種(zhǒng)狀态下(xià)的綜合(hé)變形，以(yi)模拟刀(dao)具和工(gong)件間的(de)相對位(wèi)移。

　　3、測試(shi)數據處(chù)理分析(xī)機床熱(re)變形試(shì)驗要在(zai)一個較(jiao)🌈長的連(lian)續時間(jiān)内進行(háng)，進行連(lián)續的數(shù)據記錄(lu)，經過分(fèn)析處理(li)，所反📧映(yìng)的熱變(biàn)形特性(xing)可靠性(xìng)很高。如(rú)果通過(guo)多次試(shì)驗🔴進行(hang)誤差剔(ti)除，則所(suǒ)顯示的(de)規律性(xìng)是可信(xin)的。主軸(zhóu)系統熱(re)變形試(shi)⭕驗中共(gong)設置了(le)5個測量(liàng)點，其中(zhong)點1、點2在(zài)主軸端(duān)部和靠(kao)近主軸(zhou)軸承處(chù)，點4、點5分(fèn)别在銑(xǐ)頭殼體(ti)靠近Z向(xiang)導軌處(chu)。測試時(shí)間共持(chí)續了14h，其(qi)中前10h主(zhu)軸轉速(sù)分别在(zai)0～9000r/min範圍内(nèi)交替變(biàn)速，從⛹🏻‍♀️第(dì)10h開始，主(zhǔ)軸持續(xù)以9000r/min高速(su)旋轉。

　　因(yin)此，我們(men)可以得(de)出以下(xià)結論：

　　1)該(gāi)主軸的(de)熱平衡(heng)時間約(yue)1h左右，平(píng)衡後溫(wēn)升變化(huà)範💘圍1.5℃；

　　2)溫(wen)升主要(yao)來源于(yú)主軸軸(zhóu)承和主(zhu)軸電動(dòng)機，在正(zheng)常變🌈速(su)範圍内(nei)，軸承的(de)熱态性(xing)能良好(hao)；

　　4)Z向伸縮(suo)變形較(jiao)大，約10m，是(shì)由主軸(zhóu)的熱伸(shēn)長及軸(zhou)承間隙(xì)🏃增💚大引(yǐn)起的；

　　5)當(dang)轉速持(chí)續在9000r/min時(shí)，溫升急(ji)劇上升(shēng)，在2.5h内急(ji)升7℃左右(yòu)，且📐有繼(jì)續上🈲升(shēng)的趨勢(shi)，Y向和Z向(xiàng)的變形(xing)達到了(le)29m和37m，說明(míng)該主軸(zhóu)在🛀🏻轉速(su)為9000r/min時👨‍❤️‍👨已(yǐ)不🔞能穩(wěn)定運行(háng)，但可以(yǐ)短時間(jian)内(20min)運行(háng)。機床熱(re)變形的(de)控制由(you)以上分(fèn)析讨論(lùn)，機🍓床的(de)溫升和(hé)熱變形(xíng)對加工(gōng)精度的(de)影響因(yin)素多種(zhǒng)多樣，采(cǎi)取控制(zhi)措施時(shi)，應抓住(zhù)主要矛(máo)盾，重點(dian)采取一(yī)、二項措(cuo)施，取得(dé)事半功(gong)倍的效(xiào)果。在設(she)計中應(ying)從4個方(fang)向入手(shou)：減少發(fā)熱，降💋低(di)溫升，結(jie)構平衡(heng)，合理冷(lěng)卻。

影(ying)響機床(chuáng)加工精(jīng)度的原(yuán)因之熱(rè)變形