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龍門鏜銑床熱穩(wěn)定性的解決措施

瀏覽次數(shù):2245更新時(shí)間:2021-08-05
  影響機(jī)床精度熱穩(wěn)定性的熱源分析:
 
  控制機(jī)床精度熱穩(wěn)定性的最終目的,就是控制刀具加工點(diǎn)相對工件的位置關(guān)系及工件或刀具移動(dòng)的準(zhǔn)確一致特性,機(jī)床的結(jié)構(gòu)性精度穩(wěn)定在一個(gè)范圍內(nèi)之后,影響機(jī)床加工精度穩(wěn)定性的另一個(gè)方面,熱穩(wěn)定性就成為機(jī)床精度變化的主要原因。機(jī)床發(fā)熱的熱源有3個(gè)方面:環(huán)境(氣溫)、機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)發(fā)熱(包括主傳動(dòng)發(fā)熱,進(jìn)給軸發(fā)熱,各類電機(jī)發(fā)熱)、切削發(fā)熱。由于切削發(fā)熱解決起來相對簡單,在此不作討論。
 
  一、環(huán)境(氣溫)的影響
 
  大型龍門鏜銑床一般采用的結(jié)構(gòu),是工作臺(tái)在床身上水平運(yùn)動(dòng)(x向),床身兩側(cè)有兩個(gè)立柱,立柱上有一橫梁,滑座在橫梁上作另一個(gè)水平方向的運(yùn)動(dòng)(Y向),滑枕在滑座上作垂直方向的運(yùn)動(dòng)(z向)。
 
  由于機(jī)床高度大,X向運(yùn)動(dòng)與Y、Z向位置高度差,一般都在2 m以上,產(chǎn)生了一個(gè)高度溫差,在廠房里生產(chǎn)過程中,會(huì)有2—4℃的溫差,按鑄鐵線漲系數(shù)0.011 mm/(℃·m),y軸行程約2.5m的情況,造成工作臺(tái)X向定位精度與y、Z向定位精度有0.055~O.11mm的差別,從而影響加工精度。
 
  機(jī)床安置的廠房布置,也有很大影響,特別是在我國南方的廠房,多考慮到通風(fēng)采光,將窗戶開的很大,陽光直接照射到機(jī)床,使機(jī)床局部溫度變化,影響加工精度。
 
  1、機(jī)床部件發(fā)熱的影響
 
  一般分為主傳動(dòng)發(fā)熱和座標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)發(fā)熱。
 
  (1)主傳動(dòng)發(fā)熱。大型數(shù)控龍門鏜銑床的主傳動(dòng),一般都安裝在滑枕上,主軸在滑枕下端?;硎且粋€(gè)長徑比較大的桿類,熱變形特性較復(fù)雜,與滑枕截面形狀、導(dǎo)軌布置方式關(guān)系很大。此類機(jī)床主傳動(dòng)動(dòng)力傳人方式,一般又分正面?zhèn)魅牒投嗣鎮(zhèn)魅?,各有?yōu)缺點(diǎn)。正面?zhèn)魅?,是主電機(jī)及變速箱安裝在滑枕正面,傳人滑枕后即到主軸,由于其傳動(dòng)鏈短,傳動(dòng)剛性較好,其滑枕導(dǎo)軌采用半包容結(jié)構(gòu),滑枕尺寸可以較大,增強(qiáng)了滑枕的結(jié)構(gòu)剛性,同時(shí)其不好的一面,就是主傳動(dòng)產(chǎn)生的熱量在滑枕正面聚集,造成滑枕正反面熱量不勻,使滑枕變形;端面?zhèn)魅?,是主電機(jī)及變速箱安裝在滑枕上端面,傳入滑枕后通過長傳功軸傳到主軸,由于其傳動(dòng)鏈長,傳動(dòng)剛性較差,其滑枕導(dǎo)軌采用全包容結(jié)構(gòu),滑枕尺寸相對較小,滑枕的結(jié)構(gòu)剛性稍弱,但其主傳動(dòng)產(chǎn)生的熱量在滑枕端面,不會(huì)使滑枕正反面產(chǎn)生溫差,滑枕變形量小。
 
  (2)座標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)發(fā)熱。主要是進(jìn)給傳動(dòng)發(fā)熱,如滾珠絲杠傳動(dòng)發(fā)熱或齒輪齒條傳動(dòng)發(fā)熱和進(jìn)給電機(jī)發(fā)熱傳導(dǎo)到傳動(dòng)部件,其主要影響機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度。
 
  二、對機(jī)床熱穩(wěn)定性的控制方式組合
 
  針對以上的情況,我們針對不同的要求,進(jìn)行相應(yīng)的控制方式組合來達(dá)到目的。
 
  2、對氣溫及高度差造成溫差的控制
 
  對于氣溫變化及高度差造成的溫差,使工作臺(tái)
 
  移動(dòng)(X向)與滑座橫向(Y向)及滑枕垂向(Z向)的單位運(yùn)動(dòng)長度不同的問題,首先從機(jī)床的安置就要考慮,機(jī)床布置應(yīng)相對獨(dú)立,機(jī)床間隔不宜太小,且不能靠近陽光直射區(qū)域,廠房高度要高一些,同時(shí)設(shè)置通風(fēng)設(shè)施,加快空氣流動(dòng),使溫度均衡。
 
  如果大型數(shù)控龍門鏜銑床用于加工有一致性要求且精度較高時(shí),則需將機(jī)床安裝在恒溫廠房里,花費(fèi)較大,也增加了此類機(jī)床的使用成本。
 
  另外還可以通過NC系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ杭丛跈C(jī)床整機(jī)裝配調(diào)試完畢后,分別在床身和橫梁特定位置安裝多個(gè)溫度傳感器,利用位移檢測設(shè)備(如激光干涉儀)對在不同溫度下各軸的位移精度進(jìn)行檢測,得出各溫度采樣點(diǎn)在不同溫差時(shí)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償量,向NC系統(tǒng)下輸入補(bǔ)償量,則在加工中系統(tǒng)得到采樣點(diǎn)溫度后進(jìn)行比較,得到溫差值再把該溫差的各軸補(bǔ)償量補(bǔ)入,即可有較明顯的效果。但此方法對溫度采樣點(diǎn)的選取要求較高,補(bǔ)償數(shù)據(jù)量大,分析數(shù)據(jù)難度大,對數(shù)控系統(tǒng)要求高,成本高和生產(chǎn)周期長,只能在某些特殊要求的機(jī)床上采用。
 
  3、對主傳動(dòng)及主軸部件發(fā)熱的控制
 
  對于主傳動(dòng)及主軸部件的發(fā)熱,一般采用的控制方法有兩種:
 
  一是要求用戶在加工前進(jìn)行主傳動(dòng)系統(tǒng)預(yù)熱,即以加工所需主軸轉(zhuǎn)速開動(dòng)主軸約30 min,以便使機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到相對熱平衡,這時(shí)機(jī)床滑枕及主軸相應(yīng)的熱伸長和變形己經(jīng)穩(wěn)定,對機(jī)床相關(guān)幾何精度的影響量,己經(jīng)不會(huì)有多大變化,此時(shí)再進(jìn)行加工作業(yè),能較好地保證加工精度的穩(wěn)定。此方法也是目前采用最多的一種方式。
 
  二是采用恒溫油對主傳動(dòng)及主軸系統(tǒng)進(jìn)行冷卻,減少熱量,這種方式須增加油冷機(jī),會(huì)增加些成本,但效果不錯(cuò)。
 
  4、對座標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)發(fā)熱的控制
 
  在數(shù)控機(jī)床上,這類發(fā)熱主要是伺服電機(jī)發(fā)熱和滾珠絲杠傳動(dòng)發(fā)熱。這兩個(gè)問題在中小型數(shù)控機(jī)床上較為突出。
 
  對于伺服電機(jī)發(fā)熱,一般采用隔熱墊來隔離電機(jī)熱量,或在電機(jī)與機(jī)床聯(lián)接部位加冷卻的方式來加以控制。
 
  對于滾珠絲杠傳動(dòng)發(fā)熱,一般采用中空絲杠,通人循環(huán)冷卻油,降低絲杠溫度,使絲杠溫度與基本零件(如床身)等溫,以保證絲杠與床身的熱伸長量保持一致,使絲杠本身的預(yù)緊力、絲杠的預(yù)拉力、軸承的預(yù)緊力不受發(fā)熱影響,保證在溫度變化的情況下,進(jìn)給軸驅(qū)動(dòng)剛性得以保持,從而提高機(jī)床的加工精度。
 
  而在大型數(shù)控龍門鏜銑床上采用的方法,一是將進(jìn)給電機(jī)設(shè)計(jì)在部件端部,保證較好的散熱條件,并通過用同步齒形帶或高精度減速機(jī)與絲杠隔離,以減少進(jìn)給伺服電機(jī)發(fā)熱的影響。二是采用大直徑滾珠絲杠(長絲杠不宜采用中空絲杠),增加其熱容量,減少溫升,來達(dá)到目的。
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