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常见问题

加工中心热变形对加工工艺的影响

(一)工艺系统的热源
引起工艺系统热变形的热源大致可分为两类:内部热源和外部热源。
内部热源包括切削热和摩擦热;外部热源包括环境温度和辐射热。切削热和摩擦热是工艺系统的主要热源。
(二)工艺系统的热平衡
工艺系统受各种热源的影响,其温度会逐渐升高。与此同时,它们也通过各种传热方式向四周散发热量。当单位时间内传进和散发的热量相等时,则以为工艺系统达到了热平衡。机床开动后温度缓慢升高,经过一段时间温度升至T衡便趋于稳定。由开始升温至T衡的这一段时间,称为预热阶段。当机床温度达到稳定值后,则被以为处于热平衡阶段,此时温度场处于稳定,其热变形也就趋了稳定。处于稳定温度场时引起的加工误差是有规律的,因此,精密及大型工件应在工艺系统达到热平衡后进行加工。
二、机床热变形引起的加工误差
机床受热源的影响,各部分温度将发生变化,由于热源分布的不均匀和机床结构的复杂性,机床各部件将发生不同程度的热变形,破坏了机床原有的几何精度,从而引起了加工误差。
车床类机床的主要热源是主轴箱中的轴承、齿轮、离合器等传动副的摩擦使主轴箱和床身的温度上升,从而造成了机床主轴抬高和倾斜。加工中心在空转时,主轴温升与位移的丈量结果。主轴在水平方向的位移只有lO?m,而垂直方向的位移却达到180~200?m。这对于刀具水平安装的卧式车床的加工精度影响较小,但对于刀具垂直安装的自动车床和转塔车床来说,对加工精度的影响就不容忽视了。
对大型机床如导轨磨床、外圆磨床、龙门车床等长床身部件,其温差的影响也是很明显的。
减少和控制工艺系统热变形的主要途径有:
a.减少发热,隔离热源 合理选择切削用量和刀具几何角度或粗、精加工分开进行以减少切削热;从结构和润滑两方面采取措施改善摩擦特性以减少切削热;尽可能将机床中能够分离的热源部件,如电动机、变速箱、液压系统和冷却系统等从主机中分离出去;用隔热材料将发热部件与机床大件(如床身、立柱等)隔离开来。
b.冷却、通风、散热 采用喷雾或大流量冷却是减少工件和刀具变形的有力措施。大型数控机床和加工中心普遍采用冷冻机对润滑油和切削液强制冷却,以提高冷却效果,此外还可加强通风散热,在热源处加风扇、散热片和通风窗口等。
c.均衡温度场 将热量有意识地从高温区导向低温区以补偿温度场的不对称性。
d.加速热平衡 热平衡后,变形趋于稳定,对加工精度影响小,精密零件应待热平衡后再进行加工,且应连续加工完毕。但大型机床热平衡时间很长,可采用以下两种方法加速其热平衡;一是在加工前高速空转,使机床在较短时间达到热平衡;二是在机床适当部位设置“控制热源”人为地给机床加热,使其较快地达到热平衡状态。
e.控制环境温度 根据一昼夜气温的变化规律,晚上10小时至翌晨6时温度变化最小,可将精度要求较高的零件放在这段时间内进行加工与测量。精密机床应安放在恒温车间中使用。
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