CNC işlemede sıcaklığın hassasiyet üzerindeki etkisi nedir?
Termal deformasyon, işleme doğruluğunu etkileyen nedenlerden biridir.Takım tezgahı, atölye ortamı sıcaklığının değişmesinden, motorun ısınmasından ve mekanik hareketin sürtünmesinden, kesme ısısından ve soğutma ortamından etkilenir, bu da takım tezgahının her bir parçasının eşit olmayan sıcaklık artışına neden olur. takım tezgahının şekil doğruluğunun ve işleme doğruluğunun değişmesinde.Örneğin, sıradan bir hassas CNC freze makinesinde 70 mm işlenir × 1650 mm vida için, sabah 7:30 ile 9:00 arasında frezelenen iş parçalarının kümülatif hatası, 2:00 ile 3:30 arasında işlenen iş parçalarına kıyasla 85m'ye ulaşabilir. öğleden sonra.Ancak sabit sıcaklık altında hata 40m'ye düşürülebilir.
Başka bir örnek, 0.6-3.5mm kalınlığındaki ince çelik sac iş parçalarının çift uçlu taşlaması için kullanılan, kabul anında 200mm işleyebilen hassas bir çift uçlu taşlama makinesidir × 25mm × 1.08mm çelik sac iş parçası, mm boyutsal doğruluğuna ulaşabilir. ve bükülme derecesi tüm uzunlukta 5m'den azdır.Bununla birlikte, 1 saat boyunca sürekli otomatik taşlamadan sonra, boyut değişim aralığı 12M'ye yükseldi ve soğutma sıvısı sıcaklığı başlangıçta 17 ℃'den 45 ℃'ye yükseldi.Öğütme ısısının etkisiyle, ana mil muylu uzar ve ana milin ön yatağının boşluğu artar.Bu nedenle, takım tezgahının soğutma sıvısı deposuna 5.5kW'lık bir buzdolabı eklenir ve etki çok idealdir.Takım tezgahının ısıtma sonrası deformasyonunun işleme doğruluğunu etkileyen önemli bir faktör olduğu kanıtlanmıştır.Ancak takım tezgahı, sıcaklığın her an değiştiği bir ortamda;Takım tezgahının kendisi çalışırken kaçınılmaz olarak enerji tüketecektir ve bu enerjinin önemli bir kısmı çeşitli şekillerde ısıya dönüştürülerek takım tezgahının çeşitli bileşenlerinde fiziksel değişikliklere neden olacaktır.Bu tür değişiklikler, farklı yapısal formlar ve malzemeler nedeniyle büyük ölçüde değişir.Takım tezgahı tasarımcıları, ısının oluşum mekanizmasına ve sıcaklık dağılım kanununa hakim olmalı ve termal deformasyonun işleme hassasiyeti üzerindeki etkisini Z'ye indirmek için ilgili önlemleri almalıdır.
CNC işleme
Takım tezgahlarının sıcaklık artışı ve sıcaklık dağılımı ve doğal iklim, Çin'in geniş topraklarını etkiliyor.Bölgelerin çoğu subtropikal bölgelerde yer almaktadır.Sıcaklık yıl boyunca büyük ölçüde değişir ve bir gün içindeki sıcaklık farkı da farklıdır.Bu nedenle, insanların iç mekan (atölye gibi) sıcaklığına müdahale şekli ve derecesi de farklıdır ve takım tezgahının etrafındaki sıcaklık atmosferi büyük ölçüde değişir.Örneğin, Yangtze Nehri Deltası'ndaki mevsimsel sıcaklık değişimi aralığı yaklaşık 45 ℃ ve günlük sıcaklık değişimi yaklaşık 5-12 ℃'dir.Genellikle işleme atölyesinde kışın ısıtma, yazın ise klima yoktur.Ancak atölye iyi havalandırıldığı sürece işleme atölyesinin sıcaklık gradyanı fazla değişmez.Kuzeydoğu Çin'de mevsimsel sıcaklık farkı 60 ℃'ye ulaşabilir ve günlük değişim yaklaşık 8-15 ℃'dir.Isıtma dönemi, Ekim ayının sonundan sonraki yılın Nisan ayının başına kadardır.İşleme atölyesi, ısıtma ve yetersiz hava sirkülasyonu ile tasarlanmıştır.Atölyenin içindeki ve dışındaki sıcaklık farkı 50 ℃'ye ulaşabilir.Bu nedenle, atölyedeki kışın sıcaklık gradyanı çok karmaşıktır.Ölçüm sırasında dış sıcaklık 1.5 ℃, saat sabah 8:15-8:35 ve atölyedeki sıcaklık değişimi yaklaşık 3.5 ℃.Hassas takım tezgahlarının işleme hassasiyeti, böyle bir atölyede ortam sıcaklığından büyük ölçüde etkilenecektir.
Çevreleyen ortamın etkisi Takım tezgahının çevresindeki ortam, takım tezgahının yakın çevresinde çeşitli yerleşimler tarafından oluşturulan termal ortamı ifade eder.
Aşağıdaki dört yönü içerirler:
1) Atölye mikro iklimi: atölyedeki sıcaklık dağılımı gibi (dikey yön ve yatay yön).Gündüz ve gece değiştiğinde veya iklim ve havalandırma değiştiğinde, atölye sıcaklığı yavaş yavaş değişecektir.
2) Atölye ısı kaynakları: güneş radyasyonu, ısıtma ekipmanı radyasyonu ve yüksek güçlü aydınlatma vb. gibi, takım tezgahına yakın olduklarında, takım tezgahının tamamının veya bir kısmının sıcaklık artışını doğrudan etkileyebilirler. uzun zaman.Çalışma sırasında bitişik ekipmanın ürettiği ısı, radyasyon veya hava akışı şeklinde takım tezgahının sıcaklık artışını etkileyecektir.
3) Isı dağılımı: Temelin iyi bir ısı dağılımı etkisi vardır, özellikle hassas takım tezgahlarının temeli, yeraltı ısıtma borusuna yakın olmamalıdır.Bir kez kırılıp sızdığında, sebebini bulmak zor olan bir ısı kaynağı haline gelebilir;Açık atölye, atölyedeki sıcaklık dengesine elverişli olan iyi bir "radyatör" olacaktır.
4) Sabit sıcaklık: Atölyede benimsenen sabit sıcaklık tesisleri, hassas takım tezgahlarının doğruluğunu ve işleme doğruluğunu korumada çok etkilidir, ancak enerji tüketimi büyüktür.
3. Takım tezgahının dahili termal etki faktörleri
1) Takım tezgahı yapısal bir ısı kaynağıdır.Mil motoru, besleme servo motoru, soğutma ve yağlama pompası motoru ve elektrik kontrol kutusu gibi motor ısıtması ısı üretebilir.Bu koşullar motorun kendisi için izin verilir, ancak ana mil, vidalı mil ve diğer bileşenler üzerinde önemli olumsuz etkileri vardır ve bunları izole etmek için önlemler alınacaktır.Girilen elektrik enerjisi motoru çalışmaya ittiğinde, küçük bir kısmı (yaklaşık %20) motorun termal enerjisine dönüştürülecek olması dışında, çoğu, motorun dönmesi gibi hareket mekanizması tarafından kinetik enerjiye dönüştürülecektir. ana mil ve tezgahın hareketi;Ancak, yatakların, kılavuz rayların, vidalı millerin ve transmisyon kutularının ısısı gibi ısının önemli bir kısmının hareket sırasında sürtünme ısısına dönüşmesi kaçınılmazdır.
2) İşlemin kesme ısısı.Kesme işlemi sırasında, takımın veya iş parçasının kinetik enerjisinin bir kısmı kesme işi tarafından tüketilir ve önemli bir kısmı kesmenin deformasyon enerjisine ve talaş ile takım arasındaki sürtünme ısısına dönüştürülerek ısısını oluşturur. takım, iş mili ve iş parçası ve büyük miktarda talaş ısısı, iş tezgahı fikstürüne ve takım tezgahının diğer parçalarına iletilir.Takım ve iş parçası arasındaki bağıl konumu doğrudan etkilerler.
3) Soğutma.Soğutma, motor soğutması, iş mili bileşeni soğutması ve temel yapısal bileşen soğutması gibi takım tezgahının sıcaklık artışına karşı alınan bir ters önlemdir.Üst düzey takım tezgahları genellikle cebri soğutma için buzdolapları ile donatılmıştır.
4. Takım tezgahının yapısal formunun takım tezgahının termal deformasyon alanındaki sıcaklık artışı üzerindeki etkisi, takım tezgahının yapısal formu genellikle yapısal formu, kütle dağılımını, malzeme performansını ve ısı kaynağı dağılımını ifade eder.Yapı şekli, takım tezgahının sıcaklık dağılımını, ısı iletim yönünü, termal deformasyon yönünü ve eşleşmesini etkiler.
1) Takım tezgahının yapısal formu.Genel yapı açısından, takım tezgahları, termal tepki ve stabilite açısından büyük farklılıklara sahip olan dikey, yatay, portal ve konsol vb.'dir.Örneğin, bir dişli hız torna tezgahının ana aks kutusunun sıcaklık artışı 35 ℃ kadar yüksek olabilir, böylece ana mil ucu yukarı kalkar ve ısı dengesi süresi yaklaşık 2 H'ye ihtiyaç duyar.Eğimli yataklı hassas tornalama ve frezeleme işleme merkezi için, takım tezgahı sabit bir tabana sahiptir.Tüm makinenin sertliği açıkça geliştirildi.Ana mil bir servo motor tarafından tahrik edilir ve dişli şanzıman kısmı çıkarılır.Sıcaklık artışı genellikle 15 ℃'den azdır.
2) Isı kaynağı dağılımının etkisi.Genellikle ısı kaynağının takım tezgahı üzerindeki motoru ifade ettiği kabul edilir.Örneğin, iş mili motoru, besleme motoru ve hidrolik sistem tamamlanmamıştır.Motorun ısınması, yükü taşırken yalnızca armatür empedansındaki akımın tükettiği enerjidir ve enerjinin önemli bir kısmı, yatak, vida somunu, kılavuz ray ve diğer parçaların sürtünme çalışmasından kaynaklanan ısınma tarafından tüketilir. mekanizmalar.Bu nedenle motor birincil ısı kaynağı olarak adlandırılabilir ve yatak, somun, kılavuz ray ve talaş ikincil ısı kaynağı olarak adlandırılabilir.Termal deformasyon, tüm bu ısı kaynaklarının kapsamlı etkisinin bir sonucudur.Hareketli kolonlara sahip dikey bir işleme merkezinin y yönünde besleme hareketi sırasında sıcaklık artışı ve deformasyonu.Tezgah Y yönünde besleme yaparken hareket etmez, bu nedenle X yönündeki termal deformasyon üzerinde çok az etkisi vardır.Kolonda, y ekseni kılavuz vidasından ne kadar uzak olursa, sıcaklık artışı o kadar küçük olur.Makine z ekseni boyunca hareket ettiğinde, ısı kaynağı dağılımının termal deformasyon üzerindeki etkisi daha ayrıntılı olarak açıklanmaktadır.Z ekseni beslemesi x yönünden daha uzaktadır, bu nedenle termal deformasyon daha az etkiye sahiptir.Z ekseni motor somunu kolona ne kadar yakınsa, sıcaklık artışı ve deformasyon o kadar büyük olur.
3) Kütle dağılımının etkisi.Takım tezgahlarının termal deformasyonu üzerinde kütle dağılımının etkisinin üç yönü vardır.Birincisi, kütlenin büyüklüğüne ve konsantrasyonuna atıfta bulunur, genellikle ısı kapasitesinin ve ısı transferinin hızının değiştirilmesine ve ısı dengesine ulaşma süresinin değiştirilmesine atıfta bulunur.
2、 Çeşitli nervürlerin düzenlenmesi gibi kütlenin düzenleme biçimini değiştirerek, yapının termal sertliği geliştirilebilir ve aynı sıcaklık artışı altında, termal deformasyonun etkisi azaltılabilir veya göreceli deformasyon korunabilir. küçük;
Üçüncüsü, yapı dışında ısı yayma nervürlerinin düzenlenmesi gibi kütle düzenlemesinin biçimini değiştirerek takım tezgahı parçalarının sıcaklık artışını azaltmak anlamına gelir.
Malzeme özelliklerinin etkisi: farklı malzemeler farklı termal performans parametrelerine sahiptir (özgül ısı, termal iletkenlik ve doğrusal genleşme katsayısı).Aynı ısının etkisi altında sıcaklık artışları ve deformasyonları farklıdır.Takım tezgahlarının termal performansının test edilmesi
1. Takım tezgahının ısıl performans testinin amacı takım tezgahının ısıl deformasyonunu kontrol etmektir.Anahtar, takım tezgahının ortam sıcaklığındaki değişimi, takım tezgahının kendisinin ısı kaynağını ve sıcaklık değişimini ve kilit noktaların tepkisini (deformasyon yer değiştirmesini) termal karakteristik testi yoluyla tam olarak anlamaktır.Test verileri veya eğriler, bir takım tezgahının termal özelliklerini tanımlar, böylece ısıl deformasyonu kontrol etmek ve takım tezgahının işleme hassasiyetini ve verimliliğini artırmak için karşı önlemler alınabilir.
Spesifik olarak, aşağıdaki hedeflere ulaşılmalıdır:
1) Takım tezgahının çevresini test edin.Atölyedeki sıcaklık ortamını, uzaysal sıcaklık gradyanını, gündüz ve gece değişimindeki sıcaklık dağılımındaki değişimi ve hatta mevsimsel değişimin takım tezgahı etrafındaki sıcaklık dağılımı üzerindeki etkisini ölçün.
2) Takım tezgahının kendisinin termal karakteristik testi.Çevresel müdahaleyi mümkün olduğunca ortadan kaldırma koşulu altında, takım tezgahı, takım tezgahının önemli noktalarının sıcaklık değişimini ve yer değiştirme değişimini ölçmek ve sıcaklık değişimini ve anahtarın yer değiştirmesini kaydetmek için çeşitli çalışma durumlarında tutulmalıdır. yeterince uzun bir süre içinde puan.Kızılötesi termal faz ölçer, her bir zaman periyodunun termal dağılımını kaydetmek için de kullanılabilir.
3) Sıcaklık artışı ve termal deformasyon, makine takımının termal deformasyonunun işleme sürecinin doğruluğu üzerindeki etkisini değerlendirmek için işleme süreci sırasında ölçülür.
4) Yukarıdaki testler, takım tezgahı tasarımı ve termal deformasyonun kullanıcı tarafından kontrol edilmesi için güvenilir kriterler sağlayacak ve etkili önlemlerin alınmasının yönünü gösterecek çok sayıda veri ve eğri biriktirebilir.
2. Takım tezgahı termal deformasyon testinin termal deformasyon testi prensibi, öncelikle aşağıdaki hususlar da dahil olmak üzere birkaç ilgili noktanın sıcaklığını ölçmeye ihtiyaç duyar:
1) Isı kaynağı: her parçanın besleme motoru, mil motoru, vidalı mil tahrik çifti, kılavuz ray ve mil yatağı dahil.
2) Yardımcı cihazlar: hidrolik sistem, buzdolabı, soğutma ve yağlama yer değiştirme algılama sistemi dahil.
3) Mekanik yapı: makine yatağı, taban, kayar plaka, kolon, freze kafası kutusu ve mil dahil.Mil ve döner tabla arasına bir indiyum çelik ölçüm çubuğu sıkıştırılmıştır.Takım ve iş parçası arasındaki göreceli yer değiştirmeyi simüle etmek için çeşitli koşullar altında kapsamlı deformasyonu ölçmek için X, y ve Z yönlerinde beş temas sensörü düzenlenmiştir.
3. Test verilerinin işlenmesi ve analizi, takım tezgahının termal deformasyon testi, uzun ve sürekli bir sürede gerçekleştirilecek ve sürekli veri kaydı yapılacaktır.Analiz ve işlemeden sonra, yansıtılan termal deformasyon özellikleri oldukça güvenilirdir.Hata birden fazla testle ortadan kaldırılırsa, görüntülenen düzenlilik güvenilirdir.İş mili sisteminin termal deformasyon testinde 5 ölçüm noktası vardır, bunlardan 1 ve 2 noktası iş milinin sonunda ve iş mili yatağının yanında, 4 ve 5 noktası sırasıyla freze kafası yuvasının yakınında, freze kafası yuvasındadır. z yönü kılavuz rayı.Test süresi 14 saat sürdü ve ana milin ilk 10 saatteki dönüş hızı 0-9000r/dak aralığında değişti.10. saatten itibaren ana şaft 9000r / dak gibi yüksek bir hızda dönmeye devam etti.
Aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir:
1) Milin termal denge süresi yaklaşık 1 H'dir ve dengeden sonraki sıcaklık artış aralığı 1.5 ℃'dir;
2) Sıcaklık artışı esas olarak ana mil yatağından ve ana mil motorundan kaynaklanır.Normal hız aralığında, rulman iyi bir termal performansa sahiptir;
3) Termal deformasyonun X yönü üzerinde çok az etkisi vardır;
4) z-yönü genleşme deformasyonu büyüktür, yaklaşık 10m, bu da ana milin termal uzamasından ve yatak boşluğunun artmasından kaynaklanır;
5) Dönme hızı 9000r / dak'da tutulduğunda, sıcaklık artışı keskin bir şekilde yükselir, 2.5 saat içinde yaklaşık 7 ℃ keskin bir şekilde yükselir ve yükselmeye devam etme eğilimi vardır.Y yönünde ve Z yönündeki deformasyon 29m ve 37m'ye ulaşır, bu da ana milin artık 9000r/dak dönüş hızında kararlı bir şekilde çalışamayacağını, ancak kısa sürede (20dk) çalışabileceğini gösterir.Takım tezgahının termal deformasyonunun kontrolü yukarıda analiz edilmiş ve tartışılmıştır.Takım tezgahının sıcaklık artışı ve termal deformasyonu, işleme hassasiyeti üzerinde çeşitli etki faktörlerine sahiptir.Kontrol önlemleri alırken ana çelişkiyi kavramalı ve yarı çabayla iki kat sonuca ulaşmak için bir veya iki önlem almaya odaklanmalıyız.Tasarım dört yönden başlamalıdır: ısı üretimini azaltmak, sıcaklık artışını azaltmak, yapıyı dengelemek ve makul soğutma.
1. Isı üretimini azaltmak ve ısı kaynağını kontrol etmek temel önlemlerdir.Tasarımda, ısı kaynağının ısı üretimini etkin bir şekilde azaltmak için önlemler alınacaktır.
1) Motorun nominal gücünü makul bir şekilde seçin.Motorun çıkış gücü P, voltaj V ve I akımının çarpımına eşittir. Genellikle voltaj V sabittir.Bu nedenle yükün artması, motorun çıkış gücünün artması, yani karşılık gelen I akımının da artması ve armatür empedansında akımın tükettiği ısının artması anlamına gelir.Tasarladığımız ve seçtiğimiz motor, uzun süre anma gücünün yakınında veya çok üzerinde çalışıyorsa, motorun sıcaklık artışı açıkça artacaktır.Bu nedenle bk50 sayısal kontrollü iğneli slot freze makinesinin freze kafasında karşılaştırmalı bir test yapılmıştır (motor hızı: 960r/dak; ortam sıcaklığı: 12 ℃).Yukarıdaki testlerden aşağıdaki kavramlar elde edilir: ısı kaynağı performansı göz önüne alındığında, iş mili motorunun veya besleme motorunun anma gücü seçilirken, hesaplanan güçten yaklaşık %25 daha yüksek seçilmesi uygundur.Gerçek çalışmada, motorun çıkış gücü yüke uygundur ve motorun nominal gücünün artırılmasının enerji tüketimi üzerinde çok az etkisi vardır.Ancak motorun sıcaklık artışı etkili bir şekilde azaltılabilir.