Temperatuuri mõju tööpinkide töötlemise täpsusele

Termiline deformatsioon on üks põhjusi, mis mõjutab töötluse täpsust. Tööpinke mõjutavad töökoja keskkonna temperatuuri muutused, elektrimootori kuumutamine, mehaanilise liikumise hõõrdküte, lõikesoojus ja jahutusaine, mille tulemuseks on tööpinkide erinevates osades ebaühtlane temperatuuri tõus, mis põhjustab muutusi kuju ja töötluse täpsuses. tööpingist. Näiteks 70 mm töötlemine tavalisel täppis-CNC freespingil × 1650 mm kruvi kumulatiivne veamuutus võib ulatuda 85 m-ni võrreldes toorikuga, mis on freesitud alates 7:30-9:00 hommikul ja töödeldud alates 2. :00-3:30 pärastlõunal. Konstantse temperatuuri tingimustes saab viga vähendada 40 m-ni.
Näiteks kahe otsaga täppislihvimismasin, mida kasutatakse õhukeste terasplekist toorikute lihvimiseks, mille paksus on 0.6-3,5 mm mõlemal küljel ja mis töötleb vastuvõtukontrolli käigus 200 mm × 25 mm × 1,08 mm teras Lehttooriku mõõtmete täpsus on mm ja kõverus on kogu pikkuses alla 5 m. Kuid pärast 1-tunnist pidevat automaatset jahvatamist suurenes suuruse muutmise vahemik 12 meetrini ja jahutusvedeliku temperatuur tõusis käivitamisel 17 kraadilt 45 kraadini. Lihvimissoojuse mõjul pikeneb peavõlli kael ja suureneb peavõlli eesmiste laagrite vahe. Sellest lähtuvalt on tööpingi jahutusvedeliku paaki 5,5kW külmutusseadme lisamisega saavutatud väga ideaalsed tulemused. Praktika on tõestanud, et tööpinkide deformatsioon pärast kuumutamist on oluline töötlemistäpsust mõjutav tegur. Kuid tööpink on keskkonnas, kus temperatuur muutub pidevalt ja kõikjal; Tööpink ise kulutab töötamise ajal paratamatult energiat ning märkimisväärne osa sellest energiast muundub erinevatel viisidel soojuseks, põhjustades tööpingi erinevates komponentides füüsilisi muutusi. Need muutused varieeruvad suuresti ka struktuurivormide, materjalide ja muude põhjuste tõttu. Tööpinkide disainerid peaksid valdama soojuse moodustumise ja temperatuuri jaotuse mehhanismi, võtma vastavaid meetmeid, et minimeerida termilise deformatsiooni mõju töötluse täpsusele.
Temperatuuri tõus ja tööpinkide levik, aga ka loodusliku kliima mõju omavad Hiinas suurt territooriumi. Enamik piirkondi asub subtroopilistes piirkondades, kus on aastaringselt olulised temperatuurimuutused ja päeva jooksul erinevad temperatuuride erinevused. Seetõttu on inimestel siseruumide (näiteks töökoja) temperatuuridesse sekkumise viisid ja astmed erinevad ning temperatuuri atmosfäär tööpingi ümber on väga erinev. Näiteks on Jangtse jõe delta piirkonnas hooajaline temperatuurimuutus umbes 45 kraadi ja ööpäevane temperatuurimuutus umbes 5-12 kraadi. Töötlemistsehhis üldiselt ei ole talvel kütet ja suvel kliimaseadet, kuid seni, kuni töökojas on hea ventilatsioon, ei muutu töötlustsehhi temperatuurigradient palju. Kirde piirkonnas võib hooajaline temperatuuride erinevus ulatuda 60 kraadini, ööpäevase kõikumisega umbes 8-15 kraadi. Kütteperiood on oktoobri lõpust järgmise aasta aprilli alguseni ning mehaaniline töökoda on projekteeritud küttega, mistõttu õhuringlus on ebapiisav. Temperatuuri erinevus töökojas ja väljaspool võib ulatuda 50 kraadini. Seetõttu on talvine temperatuurigradient töökojas väga keerukas, hommikul kella 8.15-st kuni 8.35-ni mõõdetud välistemperatuur on 1,5 kraadi, töökojas temperatuurimuutus ca 3,5 kraadi. Täppistööpinkide töötlemise täpsust mõjutab sellises töökojas suuresti keskkonnatemperatuur.
Ümbritseva keskkonna mõju all mõeldakse termilist keskkonda, mille moodustavad erinevad paigutused tööpingi vahetus läheduses.
Need hõlmavad järgmist nelja aspekti:
1) Töökoja mikrokliima: näiteks temperatuuri jaotus töökojas (vertikaalne ja horisontaalne suund). Kui päev ja öö vahelduvad või kliima ja ventilatsioon muutuvad, muutub töökoja temperatuur aeglaselt.
2) Töökoja soojusallikad: näiteks päikesevalgus, kütteseadmete kiirgus ja suure võimsusega valgustus võivad otseselt mõjutada kogu tööpingi või mõne komponendi temperatuuri tõusu pikka aega, kui need on tööpingi lähedal. Töötamise ajal külgnevate seadmete tekitatav soojus võib kiirguse või õhuvoolu kaudu mõjutada tööpingi temperatuuri tõusu.
3) Soojuse hajumine: Vundamendil on hea soojuse hajumise efekt, eriti täppispinkide vundamendil. Oluline on vältida maa-aluste küttetorustike läheduses viibimist. Kui see puruneb ja lekib, võib see muutuda soojusallikaks, mille põhjust on raske leida; Avatud töökoda on hea "radiaator", mis soodustab temperatuuri tasakaalu töökojas.
4) Püsiv temperatuur: Konstantse temperatuuriga seadmete kasutamine töökojas on täppispinkide täpsuse ja töötlemise täpsuse säilitamisel väga tõhus, kuid see kulutab palju energiat.
3. Tööpinkide sisemised termilised mõjutegurid
1) Tööpinkide struktuurne soojusallikas. Soojust genereerivad elektrimootorid, nagu spindlimootorid, toiteservomootorid, jahutus- ja määrdepumba mootorid ning elektrilised juhtkarbid, võivad kõik soojust toota. Sellised olukorrad on mootori enda jaoks lubatud, kuid neil on märkimisväärne kahjulik mõju komponentidele, nagu spindel ja kuulkruvi, ning nende isoleerimiseks tuleks võtta meetmeid. Kui sisendelektrienergia paneb mootori tööle, välja arvatud väike osa (umbes 20%), mis muundatakse mootori soojusenergiaks, muundatakse suurem osa sellest kineetiliseks energiaks liikumismehhanismi, nagu spindli pöörlemine, töölaua liikumine. , jne; Siiski on paratamatu, et märkimisväärne osa muudetakse liikumisprotsessi ajal hõõrdesoojuseks, näiteks soojuseks, mida tekitavad sellised mehhanismid nagu laagrid, juhtsiinid, kuulkruvid ja ülekandekarbid.
2) Protsessi lõikesoojus. Lõikamisprotsessi käigus kulub osa tööriista või tooriku kineetilisest energiast lõiketööle, samas kui märkimisväärne osa muundub lõikamise deformatsioonienergiaks ning laastude ja tööriista vaheliseks hõõrdesoojuseks, mille tulemuseks on tööriista, spindli ja tooriku kuumutamine. Seejärel kandub suur hulk laastusoojust edasi töölaua kinnitustele ja tööpingi muudele komponentidele. Need mõjutavad otseselt tööriista ja tooriku suhtelist asendit.
3) Jahutus. Jahutus on vastupidine meede, mille eesmärk on tõsta tööpinkide temperatuuri, näiteks mootori jahutus, spindli komponentide jahutus ja põhiliste konstruktsioonikomponentide jahutamine. Tipptasemel tööpingid varustavad elektrilise juhtpuldi sageli sundjahutuse jaoks külmmasinaga.
4. Tööpinkide konstruktsioonivormi mõju temperatuuri tõusule käsitletakse tööpinkide termilise deformatsiooni valdkonnas, viidates tavaliselt sellistele küsimustele nagu konstruktsioonivorm, massijaotus, materjali omadused ja soojusallika jaotus. Konstruktsioonivorm mõjutab temperatuuri jaotust, soojusjuhtivuse suunda, termilise deformatsiooni suunda ja tööpinkide sobitamist.
1) Tööpingi struktuurne vorm. Üldise struktuuri poolest hõlmavad tööpingid vertikaalset, horisontaalset, pukk- ja konsooltüüpi, millel on olulised erinevused soojusreaktsioonis ja stabiilsuses. Näiteks muutuva kiirusega treipingi peateljepuksi temperatuuritõus võib ulatuda kuni 35 kraadini, mille tulemusena spindli ots tõuseb ülespoole ja termilise tasakaalu aeg võtab umbes 2 tundi. Kaldaluse tüüpi täppis-treimise ja freesimise töötluskeskusel on tööpingile stabiilne alus. Kogu masina jäikust on oluliselt parandatud ning spindlit veab servomootor. Käigukasti osa on eemaldatud ja selle temperatuuri tõus on tavaliselt alla 15 kraadi.
2) Soojusallika jaotuse mõju. Tööpinkide puhul arvatakse üldiselt, et soojusallikas viitab elektrimootorile. Sellised komponendid nagu spindlimootorid, etteandemootorid ja hüdrosüsteemid on tegelikult puudulikud. Elektrimootori soojenemine on ainult koormuse kandmisel ankru takistuse voolu poolt kuluv energia ning arvestatava osa energiast kulub laagrite, kruvide, mutrite ja juhtsiinide hõõrdetööle. Seega võib elektrimootorit nimetada peamiseks soojusallikaks ning laagreid, mutreid, juhtsiine ja laaste võib nimetada sekundaarseks soojusallikaks. Termiline deformatsioon on kõigi nende soojusallikate koosmõju tulemus. Liikuva sambaga vertikaalse töötluskeskuse temperatuuri tõus ja deformatsioon Y-telje etteande liikumisel. Y-suunas söötmisel töölaud ei liigu, mistõttu see mõjutab X-suunalist soojusdeformatsiooni vähe. Sambal, mida kaugemal on juhtkruvi Y-teljest, seda väiksem on temperatuuri tõus. Z-teljel liikuva masina olukord illustreerib veelgi soojusallika jaotuse mõju termilisele deformatsioonile. Z-telje etteanne on X-teljest kaugemal, seega on termilise deformatsiooni mõju väiksem. Mida lähemal on kolonn Z-telje mootorimutrile, seda suurem on temperatuuri tõus ja deformatsioon.
3) Kvaliteetse jaotuse mõju. Kvaliteedi jaotuse mõjul tööpinkide termilisele deformatsioonile on kolm aspekti. Esiteks viitab see massi suurusele ja kontsentratsioonile, viidates tavaliselt soojusmahtuvuse ja soojusülekande kiiruse muutustele, samuti muutustele termilise tasakaalu saavutamise ajas.
2, muutes kvaliteedi paigutust, näiteks erinevate tugevdusplaatide paigutust, saab parandada konstruktsiooni termilist jäikust, vähendades termilise deformatsiooni mõju või säilitades suhteliselt väikese deformatsiooni sama temperatuuritõusu all;
Kolmandaks viitab see tööpinkide komponentide temperatuuritõusu vähendamisele, muutes kvaliteedikorralduse vormi, näiteks paigutades soojust hajutavad ribid väljapoole konstruktsiooni.
Materjali omaduste mõju: erinevatel materjalidel on erinevad soojusnäitajad (erisoojus, soojusjuhtivus ja joonpaisumise koefitsient) ning sama soojusmõju korral on nende temperatuuri tõus ja deformatsioon erinev. Tööpinkide soojustõhususe testimine
1. Tööpinkide soojustõhususe testimise eesmärk on kontrollida tööpingi termilist deformatsiooni. Võti on täielikult mõista keskkonnatemperatuuri muutusi, tööpingi enda soojusallikat ja temperatuurimuutusi ning võtmepunktide reaktsiooni (deformatsiooni nihkumine) termiliste omaduste testimise kaudu. Katseandmed või -kõverad kirjeldavad tööpingi termilisi omadusi, et võtta vastumeetmeid, kontrollida termilist deformatsiooni ning parandada tööpingi töötlemise täpsust ja efektiivsust.
Täpsemalt tuleks saavutada järgmised eesmärgid:
1) Katsetage tööpingi ümbritsevat keskkonda. Mõõtke töökoja temperatuurikeskkonda, selle ruumilist temperatuurigradienti, temperatuurijaotuse muutusi päevasel ööl vaheldumisel ja isegi hooajaliste muutuste mõju temperatuurijaotusele tööpingi ümber.
2) Kontrollige tööpingi enda soojuslikke omadusi. Tingimusel, et välistada võimalikult palju keskkonnamõjusid, hoidke tööpinki erinevates tööolekutes, et mõõta tööpingi enda oluliste punktide temperatuuri ja nihke muutusi, registreerida temperatuurimuutused ja võtmepunktide nihked piisavalt pika aja jooksul. aega ja registreerige infrapuna termokaamera abil ka iga ajaperioodi soojusjaotus.
3) Kontrollige temperatuuri tõusu ja termilist deformatsiooni töötlemisprotsessi ajal, et teha kindlaks tööpingi termilise deformatsiooni mõju töötlemisprotsessi täpsusele.
4) Ülaltoodud katsed võivad koguda suure hulga andmeid ja kõveraid, pakkudes usaldusväärseid kriteeriume tööpinkide projekteerimiseks ja termilise deformatsiooni kasutaja kontrollimiseks ning osutades tõhusate meetmete võtmise suunale.
2. Tööpinkide termilise deformatsiooni testimise põhimõte. Termilise deformatsiooni testimiseks tuleb kõigepealt mõõta mitme asjassepuutuva punkti temperatuuri, sealhulgas järgmisi aspekte:
1) Soojusallikas: sealhulgas etteandemootori, spindli mootori, kuulkruvi ülekandepaari, juhtrööpa ja spindli laagri erinevad osad.
2) Abiseadmed: sealhulgas hüdraulikasüsteem, külmutusmasin, jahutus- ja määrdeaine nihke tuvastamise süsteem.
3) Mehaaniline struktuur: sealhulgas voodi, alus, rula, sammas, freespeakast ja spindel. Spindli ja pöörleva töölaua vahele on kinnitatud indiumist terasest mõõtevarras ning 5 kontaktandurit on konfigureeritud X-, Y- ja Z-suunas, et mõõta kõikehõlmavat deformatsiooni erinevates olekutes, simuleerides tööriista ja tooriku suhtelist nihet. 3. Katseandmete töötlemine ja analüüs: tööpingi termilise deformatsiooni katse tuleks läbi viia pika pideva aja jooksul, pidevalt andmeid salvestades. Pärast analüüsi ja töötlemist on peegeldunud termilise deformatsiooni omadused väga usaldusväärsed. Kui vead kõrvaldatakse mitme katsega, on kuvatav korrektsus usaldusväärne. Spindlisüsteemi termilise deformatsiooni katse jaoks määrati kokku 5 mõõtepunkti, kusjuures punktid 1 ja 2 paiknesid spindli lõpus ja spindli laagri läheduses ning punktid 4 ja 5 paiknesid võlli Z-suunalise juhtrööpa lähedal. vastavalt freespea korpus. Testimine kestis kokku 14 tundi, kusjuures esimesed 10 tundi spindli pöörlemist vahelduvad kiirusega 0-9000r/min. Alates 10. tunnist jätkas spindel pöörlemist suurel kiirusel 9000 p/min. Sellest saab teha järgmised järeldused: 1) Spindli termilise tasakaalu aeg on umbes 1 tund ja temperatuuri tõusu vahemik pärast tasakaalu saavutamist on 1,5 kraadi; 2) Temperatuuri tõus tuleneb peamiselt spindli laagritest ja spindli mootoritest. Tavalises kiirusvahemikus on laagrite termiline jõudlus hea; 3) termiline deformatsioon mõjutab X-suunas vähe; 4) Z-suunaline paisumisdeformatsioon on suhteliselt suur, umbes 10 m, mis on põhjustatud peavõlli termilisest pikenemisest ja laagrite kliirensi suurenemisest; 5) Kui kiirus on jätkuvalt 9000 r/min, tõuseb temperatuur järsult, tõustes 2,5 tunni jooksul umbes 7 kraadi võrra ja on tendents veelgi tõusta. Deformatsioon Y ja Z suunas ulatub 29m ja 37m, mis näitab, et spindel ei saa enam stabiilselt töötada kiirusel 9000r/min, kuid võib töötada lühikest aega (20 minutit). Eespool on analüüsitud ja käsitletud tööpinkide termilise deformatsiooni kontrolli. Tööpinkide temperatuuritõusul ja termilisel deformatsioonil on töötlemise täpsust mõjutavad erinevad tegurid. Kontrollimeetmete võtmisel tuleks tabada peamist vastuolu ning rõhutada esimest ja teist meedet, et saavutada poole pingutusega kahekordne tulemus. Projekteerimisel tuleks lähtuda neljast suunast: soojuse tekke vähendamine, temperatuuritõusu vähendamine, struktuurse tasakaalu saavutamine ja mõistlik jahutus. 1. Soojuse tootmise vähendamine ja soojusallikate kontrollimine on põhimeede. Projekteerimisel tuleks võtta meetmeid soojusallika soojuse tekke tõhusaks vähendamiseks. 1) Valige mõistlikult mootori nimivõimsus. Elektrimootori väljundvõimsus P võrdub pinge V ja voolu I korrutisega. Üldjuhul on pinge V konstantne. Seetõttu tähendab koormuse suurenemine mootori väljundvõimsuse suurenemist ja suureneb ka vastav vool I. Selle tulemusena suureneb armatuuri impedantsi voolu poolt tarbitav soojus. Kui meie konstrueeritud ja valitud mootor töötab pikka aega nimivõimsusele lähedastes või oluliselt ületavates tingimustes, suureneb mootori temperatuuritõus oluliselt. Selleks viidi läbi võrdluskatse BK50 CNC nõel-freespingi freespeaga (mootori kiirus: 960r/min; ümbritseva õhu temperatuur: 12 kraadi). Ülaltoodud katsest saadakse järgmised mõisted: võttes arvesse soojusallika jõudlust, olgu selleks siis spindli mootor või toitemootor, on kõige parem valida nimivõimsus, mis on umbes 25% suurem arvutuslikust võimsusest. Tegelikus töös vastab mootori väljundvõimsus koormusele ja mootori nimivõimsuse suurendamine mõjutab energiatarbimist vähe. Kuid see võib tõhusalt vähendada mootori temperatuuri tõusu.