Temperatūras ietekme uz darbgaldu apstrādes precizitāti

Termiskā deformācija ir viens no iemesliem, kas ietekmē apstrādes precizitāti. Darbgaldus ietekmē darbnīcas vides temperatūras izmaiņas, elektromotora sildīšana, mehāniskās kustības berzes sildīšana, griešanas siltums un dzesēšanas līdzekļi, kā rezultātā dažādās darbgalda daļās temperatūra paaugstinās nevienmērīgi, kā rezultātā mainās formas precizitāte un apstrādes precizitāte. no darbgalda. Piemēram, 70 mm apstrāde ar parastu precīzas CNC frēzmašīnu × 1650 mm skrūves kumulatīvās kļūdas variācijas var sasniegt 85 m, salīdzinot ar sagatavi, kas frēzēta no 7:30-9:00 no rīta un apstrādāta no plkst. :00-3:30 pēcpusdienā. Pastāvīgas temperatūras apstākļos kļūdu var samazināt līdz 40 m.
Piemēram, precīza dubultgalu slīpmašīna, ko izmanto plānu tērauda lokšņu sagatavju slīpēšanai ar biezumu 0.6-3,5 mm abās pusēs, kas pieņemšanas pārbaudes laikā apstrādā 200 mm × 25 mm × 1,08 mm tērauds loksnes apstrādājamā detaļa var sasniegt mm izmēru precizitāti, un izliekums visā garumā ir mazāks par 5 m. Bet pēc nepārtrauktas automātiskas slīpēšanas 1 stundu lieluma maiņas diapazons palielinājās līdz 12 m, un dzesēšanas šķidruma temperatūra paaugstinājās no 17 grādiem palaišanas brīdī līdz 45 grādiem. Slīpēšanas siltuma ietekmē galvenās vārpstas kakls pagarinās un palielinās atstarpe starp galvenās vārpstas priekšējiem gultņiem. Pamatojoties uz to, 5,5 kW saldēšanas iekārtas pievienošana darbgalda dzesēšanas šķidruma tvertnei ir sasniegusi ļoti ideālus rezultātus. Prakse ir pierādījusi, ka darbgaldu deformācija pēc karsēšanas ir svarīgs faktors, kas ietekmē apstrādes precizitāti. Bet darbgalds atrodas vidē, kur temperatūra pastāvīgi un visur mainās; Pats darbgalds darbības laikā neizbēgami patērēs enerģiju, un ievērojama šīs enerģijas daļa dažādos veidos tiks pārvērsta siltumā, izraisot fiziskas izmaiņas dažādās darbgalda detaļās. Šīs izmaiņas arī ļoti atšķiras strukturālo formu, materiālu un citu iemeslu dēļ. Darbgaldu dizaineriem jāapgūst siltuma veidošanās un temperatūras sadales mehānisms, jāveic atbilstoši pasākumi, lai samazinātu termiskās deformācijas ietekmi uz apstrādes precizitāti.
Temperatūras pieaugumam un darbgaldu izplatībai, kā arī dabiskā klimata ietekmei Ķīnā ir plaša teritorija. Lielākā daļa apgabalu atrodas subtropu reģionos ar ievērojamām temperatūras izmaiņām visu gadu un mainīgām temperatūras atšķirībām visas dienas garumā. Rezultātā cilvēkiem ir dažādi veidi un pakāpes iejaukšanās iekštelpu (piemēram, darbnīcas) temperatūrā, un temperatūras atmosfēra ap darbgaldu ir ļoti atšķirīga. Piemēram, sezonas temperatūras svārstību diapazons Jandzi upes deltas reģionā ir aptuveni 45 grādi, bet diennakts temperatūras svārstības ir aptuveni 5-12 grādi. Apstrādes cehā parasti nav apkures ziemā un gaisa kondicionēšanas vasarā, bet, kamēr darbnīcā ir laba ventilācija, apstrādes cehā temperatūras gradients īpaši nemainās. Ziemeļaustrumu reģionā sezonālās temperatūras starpība var sasniegt 60 grādus, un diennakts svārstības ir aptuveni 8-15 grādi. Apkures periods ir no oktobra beigām līdz nākamā gada aprīļa sākumam, un apstrādes cehs ir projektēts ar apkuri, kā rezultātā gaisa cirkulācija ir nepietiekama. Temperatūras starpība darbnīcā un ārpus tās var sasniegt 50 grādus. Tāpēc temperatūras gradients cehā ziemā ir ļoti sarežģīts, 1,5 grādu āra temperatūra mērot no 8:15 līdz 8:35 no rīta, bet temperatūras maiņa cehā ir aptuveni 3,5 grādi. Precīzijas darbgaldu apstrādes precizitāti šādā darbnīcā lielā mērā ietekmēs vides temperatūra.
Apkārtējās vides ietekme attiecas uz termisko vidi, ko veido dažādi izkārtojumi darbgalda tuvumā.
Tie ietver šādus četrus aspektus:
1) Darbnīcas mikroklimats: piemēram, temperatūras sadalījums darbnīcā (vertikālie un horizontālie virzieni). Kad mainās diena un nakts vai mainās klimats un ventilācija, darbnīcas temperatūra lēnām mainīsies.
2) Darbnīcas siltuma avoti: piemēram, saules gaisma, apkures iekārtu starojums un lieljaudas apgaismojums var tieši ietekmēt visa darbgalda vai dažu komponentu temperatūras paaugstināšanos ilgu laiku, kad tie atrodas tuvu darbgaldam. Blakus esošo ierīču radītais siltums darbības laikā var ietekmēt darbgalda temperatūras paaugstināšanos ar starojumu vai gaisa plūsmu.
3) Siltuma izkliede: Pamatam ir laba siltuma izkliedes efekts, īpaši precīzijas darbgaldu pamatiem. Ir svarīgi izvairīties no atrašanās pazemes apkures cauruļvadu tuvumā. Kad tas plīst un noplūst, tas var kļūt par siltuma avotu, kam ir grūti atrast cēloni; Atvērtā darbnīca būs labs "radiators", kas veicina temperatūras līdzsvaru darbnīcā.
4) Pastāvīga temperatūra: pastāvīgas temperatūras iekārtu pieņemšana darbnīcā ir ļoti efektīva, lai saglabātu precizitātes darbgaldu precizitāti un apstrādes precizitāti, taču tas patērē daudz enerģijas.
3. Darbgaldu iekšējie termiski ietekmējošie faktori
1) Strukturālais siltuma avots darbgaldiem. Elektromotori, kas rada siltumu, piemēram, vārpstas motori, padeves servomotori, dzesēšanas un eļļošanas sūkņu motori un elektriskās vadības kārbas, var radīt siltumu. Šādas situācijas ir atļautas pašam motoram, taču tām ir būtiska negatīva ietekme uz tādām sastāvdaļām kā vārpsta un lodveida skrūve, un ir jāveic pasākumi, lai tās izolētu. Kad ieejas elektriskā enerģija liek motoram darboties, izņemot nelielu daļu (apmēram 20%), kas tiek pārvērsta motora siltumenerģijā, lielākā daļa no tās tiks pārveidota kinētiskajā enerģijā, izmantojot kustības mehānismu, piemēram, vārpstas rotāciju, darbagalda kustību. utt.; Tomēr ir neizbēgami, ka ievērojama daļa kustības procesa laikā joprojām tiks pārvērsta berzes siltumā, piemēram, siltumā, ko rada tādi mehānismi kā gultņi, vadotnes, lodīšu skrūves un transmisijas kārbas.
2) procesa griešanas siltums. Griešanas procesā daļu instrumenta vai sagataves kinētiskās enerģijas patērē griešanas darbs, bet ievērojama daļa tiek pārvērsta griešanas deformācijas enerģijā un berzes siltumā starp skaidām un instrumentu, kā rezultātā rodas instrumenta, vārpstas un sagataves sildīšana. Pēc tam liels daudzums skaidu siltuma tiek pārnests uz darbagalda stiprinājumiem un citām darbgalda sastāvdaļām. Tie tieši ietekmēs relatīvo stāvokli starp instrumentu un apstrādājamo priekšmetu.
3) Dzesēšana. Dzesēšana ir apgriezts pasākums, kura mērķis ir paaugstināt darbgaldu temperatūru, piemēram, motora dzesēšanu, vārpstas komponentu dzesēšanu un pamata konstrukcijas komponentu dzesēšanu. Augstākās klases darbgaldi bieži aprīko elektrisko vadības bloku ar aukstu mašīnu piespiedu dzesēšanai.
4. Darbgaldu strukturālās formas ietekme uz temperatūras paaugstināšanos tiek apspriesta darbgaldu termiskās deformācijas jomā, parasti atsaucoties uz tādiem jautājumiem kā konstrukcijas forma, masas sadalījums, materiāla īpašības un siltuma avota sadalījums. Strukturālā forma ietekmē temperatūras sadalījumu, siltuma vadīšanas virzienu, termiskās deformācijas virzienu un darbgaldu saskaņošanu.
1) darbgalda strukturālā forma. Runājot par kopējo struktūru, darbgaldi ietver vertikālos, horizontālos, portāla un konsoles veidus, kuriem ir būtiskas atšķirības termiskajā atbildē un stabilitātē. Piemēram, mainīga ātruma zobratu virpas galvenās bukses temperatūras paaugstināšanās var sasniegt līdz 35 grādiem, izraisot vārpstas gala pacelšanos uz augšu, un termiskā līdzsvara laiks aizņem apmēram 2 stundas. Slīpa gultnes tipa precīzās virpošanas un frēzēšanas apstrādes centram ir stabila pamatne darbgaldam. Visas mašīnas stingrība ir ievērojami uzlabota, un vārpstu darbina servomotors. Pārnesumkārbas daļa ir noņemta, un tās temperatūras paaugstināšanās parasti ir mazāka par 15 grādiem.
2) Siltuma avota sadalījuma ietekme. Uz darbgaldiem parasti tiek uzskatīts, ka siltuma avots attiecas uz elektromotoru. Tādas sastāvdaļas kā vārpstas motori, padeves motori un hidrauliskās sistēmas faktiski ir nepilnīgas. Elektromotora apkure ir tikai enerģija, ko patērē strāva uz armatūras pretestības, nesot slodzi, un ievērojamu enerģijas daudzumu patērē gultņu, skrūvju, uzgriežņu un vadošo sliežu berzes darbs. Tātad elektromotoru var saukt par primāro siltuma avotu, bet gultņus, uzgriežņus, vadošās sliedes un skaidas var saukt par sekundāro siltuma avotu. Termiskā deformācija ir visu šo siltuma avotu kopējās ietekmes rezultāts. Vertikāla apstrādes centra ar kustīgu kolonnu temperatūras paaugstināšanās un deformācija Y-ass padeves kustības laikā. Padodot Y virzienā, darbagalds nekustas, tāpēc tas maz ietekmē termisko deformāciju X virzienā. Uz statņa, jo tālāk virzošā skrūve atrodas no Y ass, jo mazāks ir temperatūras pieaugums. Mašīnas situācija, kas pārvietojas pa Z asi, vēl vairāk ilustrē siltuma avota sadalījuma ietekmi uz termisko deformāciju. Z ass padeve atrodas tālāk no X ass, tāpēc termiskās deformācijas ietekme ir mazāka. Jo tuvāk kolonna atrodas Z-ass motora uzgrieznim, jo ​​lielāka ir temperatūras paaugstināšanās un deformācija.
3) Kvalitatīvas izplatīšanas ietekme. Kvalitātes sadalījuma ietekmei uz darbgaldu termisko deformāciju ir trīs aspekti. Pirmkārt, tas attiecas uz masas lielumu un koncentrāciju, kas parasti attiecas uz siltuma jaudas un siltuma pārneses ātruma izmaiņām, kā arī izmaiņām termiskā līdzsvara sasniegšanas laikā.
2, mainot kvalitātes izkārtojumu, piemēram, dažādu stiegrojuma plākšņu izvietojumu, var uzlabot konstrukcijas termisko stingrību, samazinot termiskās deformācijas ietekmi vai saglabājot relatīvi nelielu deformāciju pie tāda paša temperatūras pieauguma;
Treškārt, tas attiecas uz darbgaldu sastāvdaļu temperatūras paaugstināšanās samazināšanu, mainot kvalitātes izkārtojuma formu, piemēram, izkārtojot siltuma izkliedes ribas ārpus konstrukcijas.
Materiāla īpašību ietekme: dažādiem materiāliem ir atšķirīgi siltuma parametri (īpatnējais siltums, siltumvadītspēja un lineārās izplešanās koeficients), un pie vienas siltuma ietekmes atšķiras to temperatūras paaugstināšanās un deformācijas. Darbgaldu termiskās veiktspējas pārbaude
1. Darbgaldu termiskās veiktspējas pārbaudes mērķis ir kontrolēt darbgalda termisko deformāciju. Galvenais ir pilnībā izprast vides temperatūras izmaiņas, paša darbgalda siltuma avotu un temperatūras izmaiņas, kā arī galveno punktu reakciju (deformācijas nobīdi), veicot termisko raksturlielumu testēšanu. Testa dati vai līknes apraksta darbgalda termiskos raksturlielumus, lai veiktu pretpasākumus, kontrolētu termisko deformāciju un uzlabotu darbgalda apstrādes precizitāti un efektivitāti.
Konkrēti, ir jāsasniedz šādi mērķi:
1) Pārbaudiet darbgalda apkārtējo vidi. Izmēriet temperatūras vidi darbnīcā, tās telpisko temperatūras gradientu, temperatūras sadalījuma izmaiņas dienas nakts pārmaiņus un pat sezonālo izmaiņu ietekmi uz temperatūras sadalījumu ap darbgaldu.
2) Pārbaudiet paša darbgalda termiskās īpašības. Ar nosacījumu, ka pēc iespējas tiek novērsti vides traucējumi, uzturiet darbgaldu dažādos darba stāvokļos, lai izmērītu paša darbgalda svarīgo punktu temperatūras un pārvietošanās izmaiņas, reģistrētu temperatūras izmaiņas un galveno punktu nobīdi pietiekami ilgā laika periodā. laiku, kā arī reģistrē katra laika perioda termisko sadalījumu, izmantojot infrasarkano termisko attēlu.
3) Apstrādes procesa laikā pārbaudiet temperatūras paaugstināšanos un termisko deformāciju, lai noteiktu darbgaldu termiskās deformācijas ietekmi uz apstrādes procesa precizitāti.
4) Iepriekš minētie eksperimenti var uzkrāt lielu datu un līkņu daudzumu, nodrošinot uzticamus kritērijus darbgaldu projektēšanai un termiskās deformācijas lietotāja kontrolei, kā arī norādot efektīvu pasākumu veikšanas virzienu.
2. Darbgaldu termiskās deformācijas pārbaudes princips. Termiskās deformācijas pārbaudei vispirms ir nepieciešams izmērīt temperatūru vairākos atbilstošos punktos, tostarp šādi aspekti:
1) Siltuma avots: ieskaitot dažādas padeves motora daļas, vārpstas motoru, lodveida skrūvju transmisijas pāri, virzošo sliedi un vārpstas gultni.
2) palīgierīces: tostarp hidrauliskā sistēma, saldēšanas iekārta, dzesēšanas un eļļošanas nobīdes noteikšanas sistēma.
3) Mehāniskā struktūra: ieskaitot gultu, pamatni, skrituļdēli, kolonnu, frēzēšanas galvas kārbu un vārpstu. Indija tērauda mērstieni ir nostiprināti starp vārpstu un rotējošo darba galdu, un 5 kontaktu sensori ir konfigurēti X, Y un Z virzienā, lai izmērītu visaptverošo deformāciju dažādos stāvokļos, imitējot relatīvo nobīdi starp instrumentu un apstrādājamo priekšmetu. 3. Pārbaudes datu apstrāde un analīze: darbgalda termiskās deformācijas tests jāveic ilgstoši un nepārtraukti, nepārtraukti ierakstot datus. Pēc analīzes un apstrādes atstarotās termiskās deformācijas raksturlielumi ir ļoti uzticami. Ja kļūdu novēršana tiek veikta vairākos eksperimentos, parādītā regularitāte ir uzticama. Vārpstas sistēmas termiskās deformācijas pārbaudei tika noteikti 5 mērījumu punkti, 1. un 2. punkti atrodas vārpstas galā un vārpstas gultņa tuvumā, bet 4. un 5. punkti atrodas netālu no Z-virziena vadošās sliedes. frēzēšanas galviņas korpuss, attiecīgi. Pārbaude kopumā ilga 14 stundas, pirmās 10 vārpstas griešanās stundas mainījās ar ātrumu 0-9000r/min. Sākot ar 10. stundu, vārpsta turpināja griezties ar lielu ātrumu 9000r/min. Var izdarīt šādus secinājumus: 1) vārpstas termiskā līdzsvara laiks ir aptuveni 1 stunda, un temperatūras paaugstināšanās diapazons pēc līdzsvara ir 1,5 grādi; 2) Temperatūras paaugstināšanās galvenokārt rodas no vārpstas gultņiem un vārpstas motoriem. Normālā ātruma diapazonā gultņu termiskā veiktspēja ir laba; 3) termiskajai deformācijai ir maza ietekme X virzienā; 4) Z-virziena izplešanās deformācija ir salīdzinoši liela, apmēram 10 m, ko izraisa galvenās vārpstas termiskais pagarinājums un gultņa klīrensa palielināšanās; 5) Kad ātrums turpina būt 9000r/min, temperatūra strauji paaugstinās, 2,5 stundu laikā paaugstinās par aptuveni 7 grādiem, un ir tendence vēl vairāk pieaugt. Deformācija Y un Z virzienā sasniedz 29m un 37m, kas liecina, ka vārpsta vairs nevar stabili darboties ar ātrumu 9000r/min, bet var darboties īsu laika periodu (20 minūtes). Darbgaldu termiskās deformācijas kontrole ir analizēta un apspriesta iepriekš. Darbgaldu temperatūras pieaugumam un termiskajai deformācijai ir dažādi ietekmējošie faktori apstrādes precizitāti. Veicot kontroles pasākumus, ir jāsaprot galvenā pretruna un jāuzsver pirmais un otrais pasākums, lai ar pusi pūles sasniegtu divreiz lielāku rezultātu. Projektējot, mums vajadzētu sākt no četriem virzieniem: siltuma ražošanas samazināšana, temperatūras paaugstināšanās samazināšana, strukturālā līdzsvara sasniegšana un saprātīga dzesēšana. 1. Galvenais pasākums ir siltuma ražošanas samazināšana un siltuma avotu kontrole. Projektēšanā jāveic pasākumi, lai efektīvi samazinātu siltuma avota siltuma veidošanos. 1) Saprātīgi izvēlieties motora nominālo jaudu. Elektromotora izejas jauda P ir vienāda ar sprieguma V un strāvas I reizinājumu. Parasti spriegums V ir nemainīgs. Tāpēc slodzes palielināšanās nozīmē, ka palielinās motora izejas jauda, ​​un palielinās arī atbilstošā strāva I. Tā rezultātā palielinās siltums, ko patērē strāva armatūras pretestībā. Ja mūsu projektētais un izvēlētais motors ilgstoši darbojas apstākļos, kas ir tuvu nominālajai jaudai vai ievērojami pārsniedz to, motora temperatūras paaugstināšanās ievērojami palielināsies. Šim nolūkam tika veikts salīdzinošs tests ar BK50 CNC adatas rievu frēzmašīnas frēzgalvu (motora ātrums: 960 r/min; apkārtējās vides temperatūra: 12 grādi). No iepriekš minētā eksperimenta tiek iegūti šādi jēdzieni: ņemot vērā siltuma avota veiktspēju neatkarīgi no tā, vai tas ir vārpstas motors vai padeves motors, vislabāk ir izvēlēties nominālo jaudu, kas ir par aptuveni 25% lielāka par aprēķināto jaudu. Faktiskajā darbībā motora izejas jauda atbilst slodzei, un motora nominālās jaudas palielināšana maz ietekmē enerģijas patēriņu. Bet tas var efektīvi samazināt motora temperatūras paaugstināšanos.