Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ chính xác trong gia công CNC là gì?
Biến dạng nhiệt là một trong những nguyên nhân ảnh hưởng đến độ chính xác gia công.Máy công cụ bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của nhiệt độ môi trường phân xưởng, sự đốt nóng của động cơ và ma sát của chuyển động cơ học, nhiệt cắt và môi chất làm mát, dẫn đến sự tăng nhiệt độ không đồng đều của từng bộ phận của máy công cụ, dẫn đến trong sự thay đổi độ chính xác hình dạng và độ chính xác gia công của máy công cụ.Ví dụ: 70mm được gia công trên máy phay CNC chính xác thông thường × Đối với vít 1650mm, sai số tích lũy của phôi được gia công từ 7:30 đến 9:00 vào buổi sáng có thể đạt 85m so với phôi được xử lý từ 2:00 đến 3:30 vào buổi chiều.Nhưng trong điều kiện nhiệt độ không đổi, sai số có thể giảm xuống còn 40m.
Một ví dụ khác là máy mài hai đầu chính xác được sử dụng để mài hai đầu phôi thép tấm mỏng dày 0,6-3,5mm, có thể gia công 200mm tại thời điểm chấp nhận × 25mm × Phôi thép tấm 1,08mm có thể đạt độ chính xác về kích thước mm , và độ uốn nhỏ hơn 5m trên toàn bộ chiều dài.Tuy nhiên, sau khi xay tự động liên tục trong 1 giờ, phạm vi thay đổi kích thước tăng lên 12M và nhiệt độ nước làm mát tăng từ 17 ℃ khi khởi động lên 45 ℃.Do ảnh hưởng của nhiệt mài, nhật ký trục chính bị kéo dài ra và độ hở của ổ trục trước của trục chính được tăng lên.Vì vậy, một tủ lạnh 5.5kW được thêm vào bình làm mát của máy công cụ, và hiệu quả là rất lý tưởng.Người ta đã chứng minh rằng sự biến dạng của máy công cụ sau khi nung nóng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác gia công.Tuy nhiên, máy công cụ ở trong môi trường có nhiệt độ thay đổi bất kỳ lúc nào;Bản thân máy công cụ chắc chắn sẽ tiêu tốn năng lượng khi làm việc và một phần đáng kể năng lượng này sẽ được chuyển hóa thành nhiệt theo nhiều cách khác nhau, dẫn đến những thay đổi vật lý của các thành phần khác nhau của máy công cụ.Những thay đổi như vậy rất khác nhau do các hình thức cấu trúc và vật liệu khác nhau.Người thiết kế máy công cụ cần nắm vững cơ chế hình thành và quy luật phân bố nhiệt độ của nhiệt và thực hiện các biện pháp tương ứng để giảm ảnh hưởng của biến dạng nhiệt đến độ chính xác gia công đến Z.
Cơ khí CNC
Sự gia tăng nhiệt độ và sự phân bố nhiệt độ của máy công cụ và khí hậu tự nhiên ảnh hưởng đến lãnh thổ rộng lớn của Trung Quốc.Hầu hết các khu vực nằm trong khu vực cận nhiệt đới.Nhiệt độ thay đổi nhiều trong năm và nhiệt độ chênh lệch trong ngày cũng khác nhau.Do đó, cách thức và mức độ can thiệp của mọi người vào nhiệt độ trong nhà (chẳng hạn như xưởng) cũng khác nhau, và nhiệt độ không khí xung quanh máy công cụ cũng khác nhau rất nhiều.Ví dụ, phạm vi thay đổi nhiệt độ theo mùa ở Đồng bằng sông Dương Tử là khoảng 45 ℃, và sự thay đổi nhiệt độ ban ngày là khoảng 5-12 ℃.Nhìn chung, xưởng gia công không có hệ thống sưởi vào mùa đông và không có điều hòa vào mùa hè.Tuy nhiên, miễn là phân xưởng được thông gió tốt thì gradient nhiệt độ của phân xưởng gia công không thay đổi nhiều.Ở Đông Bắc Trung Quốc, sự chênh lệch nhiệt độ theo mùa có thể lên tới 60 ℃, và sự thay đổi trong ngày là khoảng 8-15 ℃.Thời gian sưởi ấm từ cuối tháng 10 đến đầu tháng 4 năm sau.Phân xưởng gia công được thiết kế với hệ thống sưởi và không khí lưu thông không đủ.Chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài xưởng có thể lên tới 50 ℃.Do đó, gradien nhiệt độ trong phân xưởng vào mùa đông rất phức tạp.Trong quá trình đo, nhiệt độ ngoài trời là 1,5 ℃, thời gian 8 giờ 15 - 8 giờ 35 sáng, nhiệt độ trong xưởng thay đổi khoảng 3,5 ℃.Độ chính xác gia công của máy công cụ chính xác sẽ bị ảnh hưởng rất nhiều bởi nhiệt độ môi trường trong phân xưởng như vậy.
Ảnh hưởng của môi trường xung quanh Môi trường xung quanh của máy công cụ là môi trường nhiệt được hình thành bởi các cách bố trí khác nhau trong phạm vi gần của máy công cụ.
Chúng bao gồm bốn khía cạnh sau:
1) Vi khí hậu phân xưởng: chẳng hạn như sự phân bố nhiệt độ trong phân xưởng (phương thẳng đứng và phương ngang).Khi ngày và đêm thay đổi hoặc khí hậu và thông gió thay đổi, nhiệt độ phân xưởng sẽ thay đổi từ từ.
2) Nguồn nhiệt phân xưởng: chẳng hạn như bức xạ mặt trời, bức xạ của thiết bị sưởi và ánh sáng công suất lớn, v.v. khi chúng ở gần máy công cụ, chúng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến sự tăng nhiệt độ của toàn bộ hoặc một phần của máy công cụ đối với thời gian dài.Nhiệt tạo ra bởi thiết bị liền kề trong quá trình hoạt động sẽ ảnh hưởng đến sự tăng nhiệt độ của máy công cụ dưới dạng bức xạ hoặc luồng không khí.
3) Tản nhiệt: nền có tác dụng tản nhiệt tốt, đặc biệt nền của máy công cụ chính xác không được để gần ống sưởi ngầm.Một khi nó bị vỡ và rò rỉ, nó có thể trở thành nguồn nhiệt rất khó tìm ra nguyên nhân;Xưởng mở sẽ là “bộ tản nhiệt” tốt, có lợi cho việc cân bằng nhiệt độ trong xưởng.
4) Nhiệt độ không đổi: các thiết bị nhiệt độ không đổi được áp dụng trong phân xưởng rất hiệu quả trong việc duy trì độ chính xác và độ chính xác gia công của máy công cụ chính xác, nhưng mức tiêu thụ năng lượng lớn.
3. Các yếu tố ảnh hưởng nhiệt bên trong của máy công cụ
1) Máy công cụ là một nguồn nhiệt kết cấu.Hệ thống sưởi động cơ như động cơ trục chính, động cơ servo cấp liệu, động cơ bơm làm mát và bôi trơn và hộp điều khiển điện có thể tạo ra nhiệt.Các điều kiện này được cho phép đối với bản thân động cơ, nhưng chúng có ảnh hưởng xấu đáng kể đến trục chính, trục vít me bi và các bộ phận khác, và phải thực hiện các biện pháp để cách ly chúng.Khi năng lượng điện đầu vào làm động cơ chạy, ngoại trừ một phần nhỏ (khoảng 20%) sẽ được chuyển hóa thành nhiệt năng của động cơ, phần lớn sẽ được chuyển thành động năng theo cơ chế chuyển động, chẳng hạn như chuyển động quay của trục chính và chuyển động của bàn làm việc;Tuy nhiên, một phần nhiệt lượng đáng kể sẽ được chuyển hóa thành nhiệt ma sát trong quá trình chuyển động, chẳng hạn như nhiệt lượng của ổ trục, ray dẫn hướng, trục vít me bi và hộp truyền động.
2) Nhiệt cắt của quá trình.Trong quá trình cắt, một phần động năng của dụng cụ hoặc phôi bị tiêu hao bởi quá trình cắt, và một phần đáng kể được chuyển thành năng lượng biến dạng của quá trình cắt và nhiệt ma sát giữa phoi và dụng cụ, tạo thành nhiệt của dụng cụ, trục chính và phôi, và một lượng lớn nhiệt phoi được truyền đến bộ cố định bàn làm việc và các bộ phận khác của máy công cụ.Chúng sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến vị trí tương đối giữa dao và phôi.
3) Làm mát.Làm mát là một biện pháp ngược lại chống lại sự gia tăng nhiệt độ của máy công cụ, chẳng hạn như làm mát động cơ, làm mát thành phần trục chính và làm mát thành phần kết cấu cơ bản.Máy công cụ cao cấp thường được trang bị tủ lạnh để làm lạnh cưỡng bức.
4. Ảnh hưởng của dạng kết cấu của máy công cụ đến độ tăng nhiệt trong trường biến dạng nhiệt của máy công cụ, dạng kết cấu của máy công cụ thường đề cập đến dạng kết cấu, sự phân bố khối lượng, hiệu suất vật liệu và sự phân bố nguồn nhiệt.Hình dạng kết cấu ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt độ, chiều dẫn nhiệt, chiều biến dạng nhiệt và sự ăn khớp của máy công cụ.
1) Dạng kết cấu của máy công cụ.Về cấu tạo tổng thể, các loại máy công cụ đứng, ngang, giàn và công xôn,… có sự khác biệt lớn về phản ứng nhiệt và độ ổn định.Ví dụ, độ tăng nhiệt của hộp trục chính của máy tiện tốc độ bánh răng có thể cao đến 35 ℃, do đó đầu trục chính được nâng lên, và thời gian cân bằng nhiệt cần khoảng 2H.Đối với trung tâm gia công tiện và phay chính xác có bệ nghiêng, máy công cụ phải có bệ đỡ ổn định.Độ cứng của toàn bộ máy rõ ràng được cải thiện.Trục chính được dẫn động bởi động cơ servo, và bộ phận truyền bánh răng được tháo ra.Nhiệt độ tăng thường nhỏ hơn 15 ℃.
2) Ảnh hưởng của sự phân bố nguồn nhiệt.Người ta thường coi nguồn nhiệt là động cơ trên máy công cụ.Ví dụ, động cơ trục chính, động cơ cấp liệu và hệ thống thủy lực không hoàn chỉnh.Sự phát nóng của động cơ chỉ là năng lượng tiêu thụ bởi dòng điện trên trở kháng phần ứng khi chịu tải, và một phần đáng kể năng lượng bị tiêu hao bởi sự phát nóng do công ma sát của ổ trục, đai ốc, ray dẫn hướng và các phụ kiện khác. các cơ chế.Do đó, động cơ có thể được gọi là nguồn nhiệt chính, và ổ trục, đai ốc, thanh dẫn hướng và phoi có thể được gọi là nguồn nhiệt thứ cấp.Biến dạng nhiệt là kết quả của ảnh hưởng toàn diện của tất cả các nguồn nhiệt này.Sự gia tăng nhiệt độ và biến dạng của một trung tâm gia công thẳng đứng với các cột có thể di chuyển được trong quá trình chuyển động ăn theo hướng y.Bàn làm việc không di chuyển khi cấp liệu theo phương Y, do đó nó ít ảnh hưởng đến biến dạng nhiệt theo phương X.Trên cột, càng xa vít dẫn hướng trục y, nhiệt độ tăng càng nhỏ.Khi máy chuyển động dọc theo trục z, ảnh hưởng của sự phân bố nguồn nhiệt đến biến dạng nhiệt được giải thích thêm.Nguồn cấp dữ liệu trục z xa hơn so với phương x, do đó biến dạng nhiệt ít ảnh hưởng hơn.Đai ốc trục z của động cơ càng gần cột thì nhiệt độ tăng và biến dạng càng lớn.
3) Ảnh hưởng của phân phối hàng loạt.Ảnh hưởng của sự phân bố khối lượng đến biến dạng nhiệt của máy công cụ có ba khía cạnh.Đầu tiên, nó đề cập đến kích thước và nồng độ của khối lượng, thường đề cập đến việc thay đổi nhiệt dung và tốc độ truyền nhiệt, và thay đổi thời gian để đạt đến cân bằng nhiệt.
2 、 Bằng cách thay đổi hình thức sắp xếp của khối lượng, chẳng hạn như sắp xếp các đường gân khác nhau, độ cứng nhiệt của kết cấu có thể được cải thiện và trong cùng một mức tăng nhiệt độ, ảnh hưởng của biến dạng nhiệt có thể được giảm bớt hoặc có thể giữ được biến dạng tương đối nhỏ bé;
Thứ ba, nó có nghĩa là giảm độ tăng nhiệt của các bộ phận máy công cụ bằng cách thay đổi hình thức sắp xếp khối lượng, chẳng hạn như bố trí các sườn tản nhiệt bên ngoài kết cấu.
Ảnh hưởng của tính chất vật liệu: các vật liệu khác nhau có các thông số tính năng nhiệt khác nhau (nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt và hệ số giãn nở tuyến tính).Dưới tác dụng của cùng một nhiệt lượng, độ tăng nhiệt độ và độ biến dạng của chúng khác nhau.Kiểm tra tính năng nhiệt của máy công cụ
1. Mục đích của phép thử tính năng nhiệt của máy công cụ là để kiểm soát sự biến dạng nhiệt của máy công cụ.Điều quan trọng là phải hiểu đầy đủ sự thay đổi của nhiệt độ môi trường xung quanh của máy công cụ, nguồn nhiệt và sự thay đổi nhiệt độ của bản thân máy công cụ và phản ứng (dịch chuyển biến dạng) của các điểm chính thông qua phép thử đặc tính nhiệt.Dữ liệu hoặc đường cong thử nghiệm mô tả các đặc tính nhiệt của máy công cụ, do đó có thể thực hiện các biện pháp đối phó để kiểm soát biến dạng nhiệt và cải thiện độ chính xác và hiệu quả gia công của máy công cụ.
Cụ thể, cần đạt được các mục tiêu sau:
1) Kiểm tra môi trường xung quanh của máy công cụ.Đo nhiệt độ môi trường trong nhà xưởng, gradient nhiệt độ không gian của nó, sự thay đổi phân bố nhiệt độ luân phiên giữa ngày và đêm, và thậm chí cả ảnh hưởng của sự thay đổi theo mùa đối với sự phân bố nhiệt độ xung quanh máy công cụ.
2) Thử nghiệm đặc tính nhiệt của chính máy công cụ.Trong điều kiện loại bỏ sự can thiệp của môi trường càng nhiều càng tốt, máy công cụ phải được giữ ở các trạng thái hoạt động khác nhau để đo sự thay đổi nhiệt độ và sự thay đổi dịch chuyển của các điểm quan trọng của chính máy công cụ, đồng thời ghi lại sự thay đổi nhiệt độ và dịch chuyển của phím điểm trong một khoảng thời gian đủ dài.Đồng hồ đo pha nhiệt hồng ngoại cũng có thể được sử dụng để ghi lại sự phân bố nhiệt của từng khoảng thời gian.
3) Độ tăng nhiệt và biến dạng nhiệt được đo trong quá trình gia công để đánh giá ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của máy công cụ đến độ chính xác của quá trình gia công.
4) Các thử nghiệm trên có thể tích lũy một số lượng lớn dữ liệu và đường cong, sẽ cung cấp các tiêu chí đáng tin cậy cho thiết kế máy công cụ và kiểm soát biến dạng nhiệt của người sử dụng, đồng thời chỉ ra hướng thực hiện các biện pháp hiệu quả.
2. Nguyên tắc của phép thử biến dạng nhiệt của phép thử biến dạng nhiệt của máy công cụ trước tiên cần đo nhiệt độ của một số điểm liên quan, bao gồm các khía cạnh sau:
1) Nguồn nhiệt: bao gồm động cơ cấp của từng bộ phận, động cơ trục chính, cặp truyền động trục vít me bi, ray dẫn hướng và ổ trục trục chính.
2) Các thiết bị phụ trợ: bao gồm hệ thống thủy lực, tủ lạnh, hệ thống phát hiện dịch chuyển làm mát và bôi trơn.
3) Kết cấu cơ khí: bao gồm bệ máy, bệ máy, tấm trượt, cột, hộp đầu phay và trục chính.Một que đo bằng thép indium được kẹp giữa trục quay và bàn quay.Năm cảm biến tiếp xúc được bố trí theo các hướng X, y và Z để đo biến dạng toàn diện trong các điều kiện khác nhau nhằm mô phỏng sự dịch chuyển tương đối giữa dụng cụ và phôi.
3. Xử lý và phân tích dữ liệu thử nghiệm. Thử nghiệm biến dạng nhiệt của máy công cụ phải được thực hiện trong thời gian dài liên tục và việc ghi dữ liệu liên tục phải được thực hiện.Sau khi phân tích và xử lý, các đặc tính biến dạng nhiệt được phản ánh có độ tin cậy cao.Nếu lỗi được loại bỏ thông qua nhiều lần kiểm tra, mức độ đều đặn được hiển thị là đáng tin cậy.Có 5 điểm đo trong thử nghiệm biến dạng nhiệt của hệ thống trục chính, trong đó điểm 1 và điểm 2 nằm ở cuối trục chính và gần ổ trục trục chính, và điểm 4 và điểm 5 tương ứng ở vỏ đầu phay gần ray dẫn hướng z.Thời gian thử nghiệm kéo dài 14h, trong đó tốc độ quay của trục chính trong 10h đầu tiên được luân phiên trong khoảng 0-9000r / phút.từ h thứ 10 trục chính tiếp tục quay với tốc độ lớn 9000vòng / phút.
Các kết luận sau đây có thể được rút ra:
1) Thời gian cân bằng nhiệt của trục chính là khoảng 1H, và khoảng tăng nhiệt độ sau khi cân bằng là 1,5 ℃;
2) Nhiệt độ tăng chủ yếu đến từ ổ trục chính và động cơ trục chính.Trong phạm vi tốc độ bình thường, ổ trục có hiệu suất nhiệt tốt;
3) Biến dạng nhiệt ít ảnh hưởng đến phương X;
4) Biến dạng giãn nở theo phương z lớn, khoảng 10m, là do sự kéo dài nhiệt của trục chính và sự gia tăng khe hở ổ trục;
5) Khi tốc độ quay được giữ ở 9000r / phút, nhiệt độ tăng mạnh, tăng mạnh khoảng 7 ℃ trong vòng 2,5 giờ và có xu hướng tiếp tục tăng.Độ biến dạng theo phương Y và phương Z đạt 29m và 37m, chứng tỏ trục chính không còn hoạt động ổn định ở tốc độ quay 9000 vòng / phút, nhưng có thể hoạt động trong thời gian ngắn (20 phút).Việc kiểm soát biến dạng nhiệt của máy công cụ đã được phân tích và thảo luận ở trên.Nhiệt độ tăng và biến dạng nhiệt của máy công cụ có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác gia công.Khi thực hiện các biện pháp kiểm soát, chúng ta nên nắm bắt được mâu thuẫn chính và tập trung thực hiện một hoặc hai biện pháp để đạt được kết quả gấp đôi với một nửa nỗ lực.Việc thiết kế nên bắt đầu từ bốn hướng: giảm sinh nhiệt, giảm nhiệt độ tăng, kết cấu cân đối và giải nhiệt hợp lý.
1. Giảm sinh nhiệt và kiểm soát nguồn nhiệt là các biện pháp cơ bản.Trong thiết kế, các biện pháp phải được thực hiện để giảm hiệu quả sự sinh nhiệt của nguồn nhiệt.
1) Lựa chọn hợp lý công suất định mức của động cơ.Công suất đầu ra P của động cơ bằng tích của hiệu điện thế V và cường độ dòng điện I. Nói chung, hiệu điện thế V không đổi.Do đó, tải tăng đồng nghĩa với công suất phát ra của động cơ tăng, tức là dòng điện I tương ứng cũng tăng, và nhiệt lượng tiêu hao của dòng điện trong trở kháng phần ứng tăng lên.Nếu động cơ chúng tôi thiết kế và lựa chọn hoạt động gần hoặc vượt quá công suất định mức trong một thời gian dài, thì độ tăng nhiệt độ của động cơ rõ ràng sẽ tăng lên.Do đó, một thử nghiệm so sánh đã được thực hiện trên đầu phay của máy phay rãnh kim điều khiển số bk50 (tốc độ động cơ: 960r / phút; nhiệt độ môi trường: 12 ℃).Các khái niệm sau đây thu được từ các thử nghiệm trên: xem xét hiệu suất của nguồn nhiệt, khi chọn công suất danh định của động cơ trục chính hoặc động cơ cấp, nên chọn cao hơn khoảng 25% so với công suất tính toán.Trong thực tế hoạt động, công suất đầu ra của động cơ phù hợp với tải, và việc tăng công suất định mức của động cơ ít ảnh hưởng đến năng lượng tiêu thụ.Nhưng sự tăng nhiệt độ của động cơ có thể được giảm một cách hiệu quả.
