Lämpötilan vaikutus työstökoneiden työstötarkkuuteen

Lämpömuodonmuutos on yksi syistä, joka vaikuttaa koneistuksen tarkkuuteen. Työstökoneisiin vaikuttavat muutokset työpajaympäristön lämpötilassa, sähkömoottorin lämmitys, mekaaninen liikekitkalämmitys, leikkauslämpö ja jäähdytysaineet, mikä johtaa epätasaiseen lämpötilan nousuun työstökoneen eri osissa, mikä johtaa muodon tarkkuuden ja koneistustarkkuuden muutoksiin. työstökoneesta. Esimerkiksi 70 mm:n koneistus tavallisella tarkkuus-CNC-jyrsinkoneella × 1650 mm:n ruuvin kumulatiivinen virhevaihtelu voi olla 85 m verrattuna työkappaleeseen, joka on jyrsitty 7:30-9:00 aamulla ja työstetty 2:sta alkaen. :00-3:30 iltapäivällä. Vakiolämpötilaolosuhteissa virhe voidaan pienentää 40 metriin.
Esimerkiksi tarkkuuskaksoispäähiomakone, jota käytetään ohuiden teräslevytyökappaleiden hiomiseen, joiden paksuus on 0.6-3,5 mm molemmilta puolilta ja joka käsittelee 200 mm vastaanottotarkastuksen aikana × 25 mm × 1,08 mm:n teräs levytyökappaleen mittatarkkuus on mm, ja kaarevuus on alle 5 m koko pituudelta. Mutta 1 tunnin jatkuvan automaattisen hionnan jälkeen koon muutosalue kasvoi 12 metriin ja jäähdytysnesteen lämpötila nousi käynnistyksen 17 astetta 45 asteeseen. Hiontalämmön vaikutuksesta pääakselin kaula venyy ja pääakselin etulaakereiden välinen välys kasvaa. Tämän perusteella 5,5 kW:n jäähdytysyksikön lisääminen koneen jäähdytysnestesäiliöön on saavuttanut erittäin ihanteelliset tulokset. Käytäntö on osoittanut, että työstökoneiden muodonmuutos kuumentamisen jälkeen on tärkeä työstötarkkuuteen vaikuttava tekijä. Mutta työstökone on ympäristössä, jossa lämpötila muuttuu jatkuvasti ja kaikkialla; Työstökone itse kuluttaa väistämättä energiaa käytön aikana, ja huomattava osa tästä energiasta muuttuu eri tavoin lämmöksi aiheuttaen fyysisiä muutoksia koneen eri osissa. Nämä muutokset vaihtelevat myös suuresti rakenteellisten muotojen, materiaalien ja muiden syiden vuoksi. Työstökoneiden suunnittelijoiden tulee hallita lämmönmuodostuksen ja lämpötilan jakautumisen mekanismit, ryhtyä vastaaviin toimenpiteisiin terminen muodonmuutoksen vaikutuksen minimoimiseksi koneistustarkkuuteen.
Lämpötilan nousulla ja työstökoneiden jakautumisella sekä luonnollisen ilmaston vaikutuksella on Kiinassa laaja alue. Suurin osa alueista sijaitsee subtrooppisilla alueilla, joilla on merkittäviä lämpötilan muutoksia ympäri vuoden ja vaihtelevia lämpötilaeroja pitkin päivää. Tästä johtuen ihmisillä on erilaisia ​​tapoja ja asteita puuttua sisälämpötilaan (kuten työpajaan) ja lämpötilailmapiiri työstökoneen ympärillä vaihtelee suuresti. Esimerkiksi vuodenaikojen lämpötilan vaihteluväli Jangtse-joen suistoalueella on noin 45 astetta ja vuorokausilämpötilan vaihtelu on noin 5-12 astetta. Koneistuspajassa ei yleensä ole lämmitystä talvella eikä ilmastointia kesällä, mutta niin kauan kuin konepajassa on hyvä ilmanvaihto, koneistuspajan lämpötilagradientti ei juurikaan muutu. Koillisalueella vuodenaikojen lämpötilaero voi nousta 60 asteeseen, ja vuorokausivaihtelu on noin 8-15 astetta. Lämmitysjakso on lokakuun lopusta seuraavan vuoden huhtikuun alkuun ja koneistuspaja on suunniteltu lämmitettäväksi, mikä johtaa riittämättömään ilmankiertoon. Lämpötilaero työpajan sisällä ja ulkopuolella voi olla 50 astetta. Siksi lämpötilagradientti konepajassa talvella on erittäin monimutkainen, sillä ulkolämpötila on 1,5 astetta mitattuna aamulla klo 8.15 - 8.35 ja lämpötilan muutos konepajassa noin 3,5 astetta. Tarkkuustyöstökoneiden työstötarkkuuteen vaikuttaa suuresti ympäristön lämpötila tällaisessa työpajassa.
Ympäröivän ympäristön vaikutuksella tarkoitetaan lämpöympäristöä, joka muodostuu erilaisista asetteluista koneen lähietäisyydellä.
Ne sisältävät seuraavat neljä näkökohtaa:
1) Työpajan mikroilmasto: kuten lämpötilan jakautuminen työpajan sisällä (pysty- ja vaakasuunnassa). Kun päivä ja yö vuorottelevat tai ilmasto ja ilmanvaihto muuttuvat, korjaamon lämpötila muuttuu hitaasti.
2) Työpajan lämmönlähteet: kuten auringonvalo, lämmityslaitteiden säteily ja suuritehoinen valaistus, voivat vaikuttaa suoraan koko työstökoneen tai joidenkin komponenttien lämpötilan nousuun pitkään, kun ne ovat lähellä työstökonetta. Viereisten laitteiden käytön aikana syntyvä lämpö voi vaikuttaa työstökoneen lämpötilan nousuun säteilyn tai ilmavirran kautta.
3) Lämmönpoisto: Säätiöllä on hyvä lämmönpoistovaikutus, erityisesti tarkkuustyöstökoneiden perusta. On tärkeää välttää maanalaisten lämmitysputkien lähellä olemista. Kun se repeytyy ja vuotaa, siitä voi tulla lämmönlähde, jonka syytä on vaikea löytää; Avoin työpaja on hyvä "jäähdytin", joka edistää lämpötilatasapainoa työpajassa.
4) Vakiolämpötila: Vakiolämpötilan ottaminen työpajassa on erittäin tehokasta tarkkuustyöstökoneiden tarkkuuden ja koneistustarkkuuden ylläpitämisessä, mutta se kuluttaa paljon energiaa.
3. Työstökoneiden sisäiset lämpövaikutustekijät
1) Rakenteellinen lämmönlähde työstökoneille. Lämpöä tuottavat sähkömoottorit, kuten karamoottorit, syöttöservomoottorit, jäähdytys- ja voitelupumppumoottorit ja sähköiset ohjauskotelot, voivat kaikki tuottaa lämpöä. Nämä tilanteet ovat sallittuja itse moottorille, mutta niillä on merkittäviä haitallisia vaikutuksia komponentteihin, kuten karaan ja kuularuuviin, ja ne on eristettävä. Kun syöttösähköenergia saa moottorin toimimaan, lukuun ottamatta pientä osaa (noin 20 %), joka muuttuu moottorin lämpöenergiaksi, suurin osa siitä muunnetaan kineettiseksi energiaksi liikemekanismin, kuten karan pyörimisen, työpöydän liikkeen avulla. , jne; On kuitenkin väistämätöntä, että huomattava osa edelleen muuttuu kitkalämmöksi liikeprosessin aikana, kuten lämmöksi, joka syntyy mekanismeista, kuten laakereista, ohjauskiskoista, kuularuuveista ja voimansiirtolaatikoista.
2) Prosessin leikkauslämpö. Leikkausprosessin aikana leikkaustyö kuluttaa osan työkalun tai työkappaleen liike-energiasta, kun taas huomattava osa muuttuu leikkauksen muodonmuutosenergiaksi sekä lastujen ja työkalun väliseksi kitkalämmöksi, jolloin tuloksena on työkalun, karan ja työkappaleen lämmitys. Suuri määrä lastulämpöä siirtyy sitten työpöydän kiinnikkeisiin ja muihin koneen komponentteihin. Ne vaikuttavat suoraan työkalun ja työkappaleen väliseen suhteelliseen asentoon.
3) Jäähdytys. Jäähdytys on käänteinen toimenpide, jolla pyritään nostamaan työstökoneiden lämpötilaa, kuten moottorin jäähdytystä, karakomponenttien jäähdytystä ja perusrakenneosien jäähdytystä. Huippuluokan työstökoneet varustavat usein sähköisen ohjauskotelon kylmäkoneella pakkojäähdytystä varten.
4. Työstökoneiden rakenteellisen muodon vaikutusta lämpötilan nousuun käsitellään työstökoneiden lämpömuodonmuutosten alalla, viitaten yleensä sellaisiin kysymyksiin kuin rakenteellinen muoto, massan jakautuminen, materiaalin ominaisuudet ja lämmönlähteiden jakautuminen. Rakennemuoto vaikuttaa lämpötilan jakautumiseen, lämmönjohtavuuden suuntaan, lämpömuodonmuutoksen suuntaan ja työstökoneiden yhteensovitukseen.
1) Työstökoneen rakenteellinen muoto. Kokonaisrakenteen kannalta työstökoneita ovat pysty-, vaaka-, portaali- ja uloketyypit, joilla on merkittäviä eroja lämpövasteessa ja vakaudessa. Esimerkiksi vaihteiston vaihtuvanopeuksisen sorvin pääakselin kotelon lämpötilan nousu voi nousta jopa 35 asteeseen, jolloin karan pää nousee ylöspäin ja lämpötasapainotusaika kestää noin 2 tuntia. Kaltevalla alustatyyppisessä tarkkuussorvaus- ja jyrsintätyöstökeskuksessa on vakaa pohja työstökoneelle. Koko koneen jäykkyyttä on parannettu merkittävästi ja karaa käyttää servomoottori. Vaihteistoosa on poistettu ja sen lämpötilan nousu on yleensä alle 15 astetta.
2) Lämmönlähteen jakautumisen vaikutus. Työstökoneissa uskotaan yleisesti, että lämmönlähde viittaa sähkömoottoriin. Osat, kuten karamoottorit, syöttömoottorit ja hydraulijärjestelmät, ovat itse asiassa epätäydellisiä. Sähkömoottorin lämmitys on vain energiaa, jonka ankkurin impedanssiin kohdistuva virta kuluttaa kuormaa kantaessa, ja huomattavan osan energiaa kuluttaa laakerien, ruuvien, muttereiden ja ohjauskiskojen kitkatyö. Joten sähkömoottoria voidaan kutsua ensisijaiseksi lämmönlähteeksi ja laakereita, muttereita, ohjauskiskoja ja lastuja voidaan kutsua toissijaiseksi lämmönlähteeksi. Lämpömuodonmuutos on seurausta kaikkien näiden lämmönlähteiden yhteisvaikutuksesta. Pystysuoran työstökeskuksen, jossa on liikkuva pilari, lämpötilan nousu ja muodonmuutos Y-akselin syöttöliikkeen aikana. Y-suunnassa syötettäessä työpöytä ei liiku, joten sillä on vain vähän vaikutusta X-suunnan lämpömuodonmuutokseen. Pilarissa, mitä kauempana ohjausruuvi Y-akselista, sitä pienempi lämpötilan nousu. Z-akselilla liikkuvan koneen tilanne kuvaa edelleen lämmönlähteen jakautumisen vaikutusta lämpömuodonmuutokseen. Z-akselin syöttö on kauempana X-akselista, joten lämpömuodonmuutoksen vaikutus on pienempi. Mitä lähempänä pylväs on Z-akselin moottorin mutteria, sitä suurempi lämpötilan nousu ja muodonmuutos.
3) Laatujakelun vaikutus. Laadunjakauman vaikutuksella työstökoneiden lämpömuodonmuutokseen on kolme näkökohtaa. Ensinnäkin se viittaa massan kokoon ja pitoisuuteen, mikä tarkoittaa yleensä muutoksia lämpökapasiteetissa ja lämmönsiirtonopeudessa sekä muutoksia lämpötasapainon saavuttamiseen kuluvassa ajassa.
2, Muuttamalla laatujärjestelyä, kuten erilaisten vahvistuslevyjen järjestelyä, rakenteen lämpöjäykkyyttä voidaan parantaa vähentämällä lämpömuodonmuutoksen vaikutusta tai säilyttämällä suhteellisen pieni muodonmuutos saman lämpötilan nousun alla;
Kolmanneksi se viittaa työstökoneiden komponenttien lämpötilan nousun vähentämiseen muuttamalla laatujärjestelyn muotoa, kuten järjestämällä lämmönpoistoripoja rakenteen ulkopuolelle.
Materiaalin ominaisuuksien vaikutus: Eri materiaaleilla on erilaiset lämpötekniset parametrit (ominaislämpö, ​​lämmönjohtavuus ja lineaarilaajenemiskerroin), ja samalla lämpövaikutuksella niiden lämpötilan nousu ja muodonmuutos ovat erilaisia. Työstökoneiden lämpösuorituskyvyn testaus
1. Työstökoneiden lämpösuorituskykytestauksen tarkoituksena on hallita työstökoneen lämpömuodonmuutosta. Tärkeintä on ymmärtää täysin ympäristön lämpötilan muutokset, itse työstökoneen lämmönlähde ja lämpötilamuutokset sekä avainpisteiden vaste (muodonmuutossiirtymä) lämpöominaisuuksien testauksen avulla. Testitiedot tai -käyrät kuvaavat työstökoneen lämpöominaisuuksia, jotta voidaan ryhtyä vastatoimiin, hallita lämpömuodonmuutoksia ja parantaa koneen työstötarkkuutta ja tehokkuutta.
Erityisesti seuraavat tavoitteet olisi saavutettava:
1) Testaa työstökoneen ympäristö. Mittaa konepajan lämpötilaympäristö, sen tilallinen lämpötilagradientti, lämpötilajakauman muutokset päivä- ja yövuorojen aikana ja jopa vuodenaikojen muutosten vaikutus lämpötilan jakautumiseen koneen ympärillä.
2) Testaa itse työstökoneen lämpöominaisuudet. Edellytyksenä on, että ympäristön aiheuttamat häiriöt eliminoidaan mahdollisimman paljon, pidä työstökone eri käyttötiloissa mitataksesi lämpötilan ja siirtymän muutokset itse työstökoneen tärkeissä kohdissa, tallentaaksesi lämpötilan muutokset ja avainpisteiden siirtymät riittävän pitkän ajanjakson aikana. ajan ja tallentaa myös kunkin ajanjakson lämpöjakauman infrapunalämpökameran avulla.
3) Testaa lämpötilan nousua ja lämpömuodonmuutosta koneistusprosessin aikana määrittääksesi työstökoneen lämpömuodonmuutoksen vaikutuksen koneistusprosessin tarkkuuteen.
4) Yllä olevat kokeet voivat kerätä suuren määrän dataa ja käyriä, jotka tarjoavat luotettavat kriteerit työstökoneiden suunnittelulle ja termisen muodonmuutosten hallintaan sekä osoittavat tehokkaiden toimenpiteiden suunnan.
2. Työstökoneiden lämpömuodonmuutostestauksen periaate. Lämpömuodonmuutosten testaus edellyttää ensin useiden asiaankuuluvien pisteiden lämpötilan mittaamista, mukaan lukien seuraavat näkökohdat:
1) Lämmönlähde: mukaan lukien eri osat syöttömoottorista, karamoottorista, palloruuvin voimansiirtoparista, ohjauskiskosta ja karalaakerista.
2) Apulaitteet: mukaan lukien hydraulijärjestelmä, jäähdytyskone, jäähdytyksen ja voitelun siirtymän havaitsemisjärjestelmä.
3) Mekaaninen rakenne: mukaan lukien sänky, alusta, rullalauta, pylväs, jyrsintäpäälaatikko ja kara. Indiumteräksinen mittatanko on kiinnitetty karan ja pyörivän työpöydän väliin, ja 5 kosketusanturia on konfiguroitu X-, Y- ja Z-suunnassa mittaamaan kattavaa muodonmuutosta eri tiloissa simuloiden työkalun ja työkappaleen välistä suhteellista siirtymää. 3. Testitietojen käsittely ja analysointi: Työstökoneen lämpömuodonmuutostesti on suoritettava pitkän jatkuvan ajanjakson aikana jatkuvalla tietojen tallennuksella. Analyysin ja käsittelyn jälkeen heijastuneet lämpömuodonmuutosominaisuudet ovat erittäin luotettavia. Jos virheenpoisto suoritetaan useilla kokeilla, näytettävä säännöllisyys on luotettava. Karajärjestelmän lämpömuodonmuutoskokeeseen asetettiin yhteensä 5 mittauspistettä, joista pisteet 1 ja 2 sijaitsivat karan päässä ja lähellä karan laakerointia ja pisteet 4 ja 5 lähellä Z-suuntaista ohjauskiskoa. jyrsinpään kotelo, vastaavasti. Testaus kesti yhteensä 14 tuntia, ja ensimmäiset 10 tuntia karan pyörimistä vaihtelivat välillä 0-9000r/min. 10. tunnista alkaen kara jatkoi pyörimistään suurella nopeudella 9000 r/min. Voidaan tehdä seuraavat johtopäätökset: 1) Karan lämpötasapainoaika on noin 1 tunti ja lämpötilan nousualue tasapainon jälkeen on 1,5 astetta; 2) Lämpötilan nousu johtuu pääasiassa karan laakereista ja karamoottoreista. Normaalilla nopeusalueella laakerien lämpösuorituskyky on hyvä; 3) Lämpömuodonmuutoksilla on vähän vaikutusta X-suunnassa; 4) Z-suuntainen laajenemismuodonmuutos on suhteellisen suuri, noin 10 m, mikä johtuu pääakselin lämpövenymisestä ja laakerin välyksen kasvusta; 5) Kun nopeus on edelleen 9000 r/min, lämpötila nousee jyrkästi, nousee noin 7 astetta 2,5 tunnissa, ja trendi on edelleen nousussa. Muodonmuutos Y- ja Z-suunnissa saavuttaa 29 m ja 37 m, mikä osoittaa, että kara ei enää pysty toimimaan vakaasti nopeudella 9000r/min, mutta voi toimia lyhyen ajan (20 minuuttia). Työstökoneiden lämpömuodonmuutosten hallintaa on analysoitu ja käsitelty edellä. Työstökoneiden lämpötilan nousulla ja lämpömuodonmuutoksilla on useita työstötarkkuuteen vaikuttavia tekijöitä. Valvontatoimenpiteitä tehtäessä tulee tarttua pääristiriitaisuuteen ja korostaa ensimmäistä ja toista toimenpidettä, jotta saavutetaan kaksinkertainen tulos puolella vaivalla. Suunnittelussa on lähdettävä neljästä suunnasta: lämmöntuotannon vähentäminen, lämpötilan nousun vähentäminen, rakenteellisen tasapainon saavuttaminen ja kohtuullinen jäähdytys. 1. Lämmöntuoton vähentäminen ja lämmönlähteiden hallinta on perustoimi. Suunnittelussa tulee toteuttaa toimenpiteitä lämmönlähteen lämmöntuoton vähentämiseksi tehokkaasti. 1) Valitse järkevästi moottorin nimellisteho. Sähkömoottorin lähtöteho P on yhtä suuri kuin jännitteen V ja virran I tulo. Yleensä jännite V on vakio. Siksi kuormituksen kasvu tarkoittaa, että moottorin lähtöteho kasvaa ja vastaava virta I kasvaa myös. Tämän seurauksena ankkurin impedanssissa olevan virran kuluttama lämpö kasvaa. Jos suunnittelemamme ja valitsemamme moottori toimii pitkään olosuhteissa, jotka ovat lähellä nimellistehoa tai sitä huomattavasti ylittävät, moottorin lämpötilan nousu kasvaa merkittävästi. Tätä tarkoitusta varten suoritettiin vertailukoe BK50 CNC-neulaurajyrsinkoneen jyrsintäpäällä (moottorin nopeus: 960r/min; ympäristön lämpötila: 12 astetta). Yllä olevasta kokeesta saadaan seuraavat käsitteet: ottaen huomioon lämmönlähteen suorituskyvyn, oli se sitten karamoottori tai syöttömoottori, on parasta valita nimellisteho, joka on noin 25 % suurempi kuin laskettu teho. Varsinaisessa käytössä moottorin lähtöteho vastaa kuormaa, ja moottorin nimellistehon lisäämisellä on vain vähän vaikutusta energiankulutukseen. Mutta se voi tehokkaasti vähentää moottorin lämpötilan nousua.