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「机床知识」温度对机床加工精度的影响及应对措施

热变形是影响机床加工精度的主要原因之一。机床受到车间环境温度的变化、电动机发热和机械运动摩擦发热、切削热以及冷却介质的影响,造成机床各部的温升不均匀,导致机床形态精度及加工精度的变化。举个例子,在一台普通精度的数控铣床加工螺杆,上午7:30-9:00铣削的工件与下午2:00-3:30加工的工件相比,累积误差的变化可达0.05mm。再如,一台磨床,连续自动磨削1小时后,尺寸变化范围增大到0.012mm,冷却液温度由开机时的17℃上升到45℃。这些事例都反映了一个事实:机床加工精度直接受到温度变化导致的热变形影响。

一、温度对机床加工精度的影响的原因

实践证明,机床受热后的变形是影响加工精度的重要原因。机床是处在温度随时随处变化的环境中;机床本身在工作时必然会消耗能量,这些能量的相当一部分会以各种方式转化为热,引起机床各构件的物理变化。这种变化又因为机床结构形式的不同,材质的差异等原因而有所差别。机床设计师正是普遍掌握了热形成机理和温度分布规律,采取各种措施,才能使热变形对加工精度的影响降至最小。

温度导致的热变形对机床精度影响的一般路径及应对图解▲

机床的温度上升及温度分布也同样受自然气候影响。我国幅员辽阔,大部分地区处于亚热带地区,一年四季的温度变化较大,一天内温差变化也不一样。由此,人们对室内(如车间)温度的干预的方式和程度也不同。例如,长三角地区季节温度变化范围约45℃左右,昼夜温度变化约5~12℃。机加工车间一般冬天无供热,夏天无空调,但只要车间通风较好,机加工车间的温度梯度变化不大。而东北地区,季节温差可达60℃,昼夜变化约8~15℃。每年10月下旬至次年4月初为供暖期,机加工车间的设计有供暖,空气流通不足,车间内外温差可达50℃。机床本身会因为工作而生产热量导致机床部件及机身温度上升,如再叠加机床所处环境的温度变化的影响,多重影响对机床的精度肯定会产生较大影响,精密机床的加工精度在这样的车间内受环境温度变化影响是很大的。

二、温度对机床加工精度的影响的体现方式

温度升高对机床正常工作和加工精度的主要影响体现在:

1.温度升高使各部分零件温度随时间变化,使机床丧失已有的调整精度,从而影响被加工工件的尺寸,同时,温度升高也使轴承间隙发生变化,进而影晌加工精度。

2.温度升高使温度分布不均匀,造成零件本身的相互位置关系发生变化,引起零件的位移或扭曲。

三、如何防范、减缓、降低温度变化对机床加工精度影响

机床在高速加工时,机床主轴与金属加工件表面都会产生很高的温度▲

减少温度导致的热变形对机器加工精度影响的措施有以下四个方面:

1.减少热源,重点放在主轴轴承的转速、间隙调整及合理的预紧。对于推力轴承和圆锥滚子轴承,因其工作条件差发热较大,必要时可以改用推力角接触球轴承代替,以尽量减少某些零部件的摩擦发热。

2.隔热,使热源远离主轴,如将电动机、变速器隔离、采用分离传动等。

3.散热,加强润滑冷却、采用油冷、风冷等方式、加快热量散发。

在这些措施中,减少发热控制热源是根本的措施,在设计中要采取措施有效降低热源的发热量。

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