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常见问题

数控车床热变形的原因以及减小热变形的措施

数控车床的热变形由以下原因造成:
1、切削热,造成机床局部发热,局部膨胀。
2、移动和旋转部件发热。
3、机床结构设计不合理,造成环境温度变化时,机床不同零件变形量不同,引起被加工零件尺寸精度变化。
1.减少发热
机床内部发热是产生热变形的主要热源,应当尽可能地将热源从主机中分离出去。目前,大多数数控机床的电动机、变速箱、液压装置及油箱等都已外置。对于不能与主机分离的热源,如主轴轴承、丝杠螺母副、高速运动导轨副等,则必须改善其摩擦特性和润滑条件,以减少机床内部的发热。
主轴部件是直接影响加工精度的关键部件,而主轴上的轴承通常又是一个很大的内部热源。在数控机床上除了采用精密滚动轴承和对轴承进行油雾润滑外,还可采用静压轴承,这些措施都有利于降低主轴的温升。在精密数控机床的主轴箱内应尽量避免使用摩擦离合器等发热元件。
机床加工时所产生的切屑也是一个不可忽视的热源,产生大量切屑的数控机床必须带有完善的排屑装置,以便将热量尽快带走。也可以在工作台或导轨上装设隔热板,使这部分热量被隔离在机床之外。在使用切削液的数控机床上,切削液冷却了刀具和工件之后,带走了切削热,当它散落在机床的各处时,也会产生局部的温升。精密数控机床应控制切削液的温度,并使切削液迅速地通过最短途径从机床中排出。
润滑油在传动件之间流过,带走了摩擦热,使润滑油池的温度逐渐升高,成为一个次生热源。因此,在一些精密数控机床中已把润滑油池移出机床,当然也可以对油池进行温度控制。
液压传动系统及其油池是机床卜的又一次生热源。除了尽可能将此油池移出机床之外,油泵的供油量必须选择得适当,否则大4多余的油液流经溢液阀,既浪费了能源又产生很大的热量。所以对干需要经常变化供油量的液压系统,应尽量采用变量泵。
2.拉制温升
在采取了一系列减少热源的措施之后,热变形的情况将有所改善,但要完全消除机床的内外热源通常是十分困难的,甚至是不可能的,所以必须通过良好的散热和冷却来控制温升,以减少热源的影响。比较有效的方法是在机床的发热部位进行强制冷却。目前对于多坐标轴的数控机床,由于它在几个方向上都要求很高的精度,因此很难用补偿的方法来减少热变形的影响。对于这类机床,采用制冷系统对润滑液进行强制冷却的方法可以收到良好的效果。但制冷系统的冷却能力必须适当,如果吸热量大于机床内部热源的发热能力,将会使机床的温度低于环境温度,不仅引起收缩.而且湿空气将会冷凝在机床表面上而使机床生锈。
除了采用强制冷却之外,也可以在机床低温部分通过加热的方法,使机床各.4的温度趋于一致,这样可以保持温度场的均匀,减少由于温差造成的翘曲变形。某些较大型的数控机床设有加热器,在加工之前通过加热来缩短机床的预热时间,以提高机床的实际生产率。
3.改善机床结构
在同样发热的条件下,机床结构对热变形也有很大影响。目前,根据热对称原则设计的数控机床取得了较好的效果。因此,数控机床过去采用的.单立柱结构有可能被双立柱结构所代替。双立柱结构由于左右对称,受热后的主轴轴线除产生垂直方向的平移外,其他方向的变形很小,而垂直方向的轴线移动ITJ以方便地用一个坐标的修正量进行补偿。
对于数控车床的主轴箱.应尽LlA使主轴的热变形发生在刀具切人的垂直方向上,如图2-5所示。这是因为刀尖沿工件切向的偏移对工件径向尺寸的变化影响极小,几乎可以忽略。在结构上还应当尽可能减小主轴中心与主轴箱底面的距离(如图中的尺寸H),以减少热变形的总量;同时应使主轴箱的前后温升一致,避免主轴变形后出现倾斜。
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