Apa pengaruh suhu terhadap akurasi dalam permesinan CNC?
Deformasi termal adalah salah satu alasan yang mempengaruhi akurasi pemesinan.Alat mesin dipengaruhi oleh perubahan suhu lingkungan bengkel, pemanasan motor dan gesekan gerakan mekanis, panas pemotongan dan media pendingin, menghasilkan kenaikan suhu yang tidak merata dari setiap bagian alat mesin, menghasilkan dalam perubahan akurasi bentuk dan akurasi pemesinan alat mesin.Misalnya, 70mm diproses pada mesin penggilingan CNC presisi biasa × Untuk sekrup 1650mm, kesalahan kumulatif benda kerja yang digiling dari 7:30 hingga 9:00 pagi dapat mencapai 85m dibandingkan dengan benda kerja yang diproses dari pukul 2:00 hingga 3:30 saat sore hari.Tetapi di bawah suhu konstan, kesalahan dapat dikurangi hingga 40m.
Contoh lain adalah mesin penggiling ujung ganda presisi yang digunakan untuk penggilingan ujung ganda dari benda kerja lembaran baja tipis setebal 0,6-3.5mm, yang dapat memproses 200mm pada saat penerimaan × 25mm × Benda kerja lembaran baja 1,08mm dapat mencapai akurasi dimensi mm , dan derajat lentur kurang dari 5m di seluruh panjangnya.Namun, setelah penggilingan otomatis terus menerus selama 1 jam, rentang perubahan ukuran meningkat menjadi 12M, dan suhu cairan pendingin meningkat dari 17 saat startup menjadi 45 .Karena pengaruh panas penggilingan, jurnal poros utama memanjang dan jarak bebas bantalan depan poros utama meningkat.Oleh karena itu, kulkas 5,5kW ditambahkan ke tangki pendingin alat mesin, dan efeknya sangat ideal.Telah dibuktikan bahwa deformasi perkakas mesin setelah pemanasan merupakan faktor penting yang mempengaruhi akurasi pemesinan.Namun, mesin perkakas berada di lingkungan di mana suhu berubah setiap saat;Alat mesin itu sendiri pasti akan mengkonsumsi energi ketika bekerja, dan sebagian besar dari energi ini akan diubah menjadi panas dengan berbagai cara, yang mengakibatkan perubahan fisik berbagai komponen alat mesin.Perubahan tersebut sangat bervariasi karena bentuk dan bahan struktural yang berbeda.Perancang perkakas mesin harus menguasai mekanisme pembentukan dan hukum distribusi suhu panas dan mengambil tindakan yang sesuai untuk mengurangi pengaruh deformasi termal pada akurasi pemesinan hingga Z.
mesin CNC
Kenaikan suhu dan distribusi suhu peralatan mesin dan iklim alam mempengaruhi wilayah China yang luas.Sebagian besar wilayahnya berada di daerah subtropis.Suhu sangat bervariasi sepanjang tahun dan perbedaan suhu dalam sehari juga berbeda.Oleh karena itu, cara dan tingkat intervensi orang pada suhu dalam ruangan (seperti bengkel) juga berbeda, dan suasana suhu di sekitar peralatan mesin sangat bervariasi.Misalnya, kisaran perubahan suhu musiman di Delta Sungai Yangtze adalah sekitar 45 , dan perubahan suhu harian sekitar 5-12 .Umumnya, bengkel pemesinan tidak memiliki pemanas di musim dingin dan tanpa AC di musim panas.Namun, selama bengkel berventilasi baik, gradien suhu bengkel pemesinan tidak banyak berubah.Di Cina Timur Laut, perbedaan suhu musiman dapat mencapai 60 , dan variasi harian sekitar 8-15 .Periode pemanasan adalah dari akhir Oktober hingga awal April tahun berikutnya.Bengkel pemesinan dirancang dengan pemanasan dan sirkulasi udara yang tidak memadai.Perbedaan suhu di dalam dan di luar bengkel bisa mencapai 50 .Oleh karena itu, gradien suhu di bengkel di musim dingin sangat kompleks.Selama pengukuran, suhu luar ruangan adalah 1,5 , waktu 8:15-8:35 pagi, dan perubahan suhu di bengkel sekitar 3,5 .Keakuratan mesin perkakas mesin presisi akan sangat dipengaruhi oleh suhu sekitar di bengkel semacam itu.
Pengaruh lingkungan sekitar lingkungan sekitar alat mesin mengacu pada lingkungan termal yang dibentuk oleh berbagai tata letak dalam jarak dekat dari alat mesin.
Mereka mencakup empat aspek berikut:
1) Iklim mikro bengkel: seperti distribusi suhu di bengkel (arah vertikal dan arah horizontal).Ketika siang dan malam berganti atau iklim dan ventilasi berubah, suhu bengkel akan berubah secara perlahan.
2) Sumber panas bengkel: seperti radiasi matahari, radiasi peralatan pemanas dan penerangan berdaya tinggi, dll. Ketika mereka dekat dengan alat mesin, mereka dapat secara langsung mempengaruhi kenaikan suhu seluruh atau sebagian dari alat mesin untuk a lama.Panas yang dihasilkan oleh peralatan yang berdekatan selama operasi akan mempengaruhi kenaikan suhu alat mesin dalam bentuk radiasi atau aliran udara.
3) Disipasi panas: fondasi memiliki efek pembuangan panas yang baik, terutama fondasi peralatan mesin presisi tidak boleh dekat dengan pipa pemanas bawah tanah.Sekali pecah dan bocor, bisa menjadi sumber panas yang sulit dicari penyebabnya;Bengkel terbuka akan menjadi "radiator" yang baik, yang kondusif untuk keseimbangan suhu di bengkel.
4) Suhu konstan: fasilitas suhu konstan yang diadopsi di bengkel sangat efektif dalam menjaga akurasi dan akurasi pemrosesan peralatan mesin presisi, tetapi konsumsi energinya besar.
3. Faktor pengaruh termal internal alat mesin
1) Alat mesin adalah sumber panas struktural.Pemanasan motor seperti motor spindel, motor servo umpan, motor pompa pendingin dan pelumas dan kotak kontrol listrik dapat menghasilkan panas.Kondisi ini diperbolehkan untuk motor itu sendiri, tetapi memiliki efek merugikan yang signifikan pada poros utama, sekrup bola dan komponen lainnya, dan tindakan harus diambil untuk mengisolasinya.Ketika energi listrik input menggerakkan motor untuk berjalan, kecuali bahwa sebagian kecil (sekitar 20%) akan diubah menjadi energi panas motor, sebagian besar akan diubah menjadi energi kinetik oleh mekanisme gerak, seperti rotasi motor. poros utama dan pergerakan meja kerja;Namun, tidak dapat dihindari bahwa sebagian besar panas akan diubah menjadi panas gesekan selama gerakan, seperti panas bantalan, rel pemandu, sekrup bola, dan kotak transmisi.
2) Memotong panas proses.Selama proses pemotongan, sebagian energi kinetik pahat atau benda kerja dikonsumsi oleh pekerjaan pemotongan, dan sebagian besar diubah menjadi energi deformasi pemotongan dan panas gesekan antara chip dan pahat, membentuk panas pemotongan. pahat, poros dan benda kerja, dan sejumlah besar panas chip ditransmisikan ke perlengkapan meja kerja dan bagian lain dari perkakas mesin.Mereka akan secara langsung mempengaruhi posisi relatif antara pahat dan benda kerja.
3) Pendinginan.Pendinginan adalah tindakan kebalikan terhadap kenaikan suhu alat mesin, seperti pendinginan motor, pendinginan komponen spindel, dan pendinginan komponen struktural dasar.Peralatan mesin kelas atas sering dilengkapi dengan lemari es untuk pendinginan paksa.
4. Pengaruh bentuk struktural alat mesin terhadap kenaikan suhu di bidang deformasi termal alat mesin, bentuk struktural alat mesin biasanya mengacu pada bentuk struktural, distribusi massa, kinerja material dan distribusi sumber panas.Bentuk struktur mempengaruhi distribusi suhu, arah konduksi panas, arah deformasi termal dan pencocokan alat mesin.
1) Bentuk struktural alat mesin.Dalam hal struktur keseluruhan, mesin perkakas vertikal, horizontal, gantry dan kantilever, dll, yang memiliki perbedaan besar dalam respon termal dan stabilitas.Misalnya, kenaikan suhu kotak poros utama mesin bubut kecepatan roda gigi dapat mencapai 35 , sehingga ujung poros utama terangkat, dan waktu keseimbangan panas membutuhkan sekitar 2 jam.Untuk pusat permesinan pembubutan dan penggilingan yang presisi dengan alas miring, perkakas mesin memiliki alas yang stabil.Kekakuan seluruh mesin jelas meningkat.Poros utama digerakkan oleh motor servo, dan bagian transmisi roda gigi dilepas.Kenaikan suhu umumnya kurang dari 15 .
2) Pengaruh distribusi sumber panas.Secara umum dianggap bahwa sumber panas mengacu pada motor pada peralatan mesin.Misalnya, motor spindel, motor umpan, dan sistem hidrolik tidak lengkap.Pemanasan motor hanyalah energi yang dikonsumsi oleh arus pada impedansi jangkar saat menanggung beban, dan sebagian besar energi dikonsumsi oleh pemanasan yang disebabkan oleh kerja gesekan bantalan, mur sekrup, rel pemandu, dan lainnya. mekanisme.Oleh karena itu, motor dapat disebut sebagai sumber panas utama, dan bantalan, mur, rel pemandu, dan chip dapat disebut sebagai sumber panas sekunder.Deformasi termal adalah hasil dari pengaruh menyeluruh dari semua sumber panas ini.Kenaikan suhu dan deformasi pusat pemesinan vertikal dengan kolom yang dapat dipindahkan selama gerakan pengumpanan arah-y.Meja kerja tidak bergerak saat memberi makan ke arah Y, sehingga memiliki sedikit pengaruh pada deformasi termal di arah X.Pada kolom, semakin jauh dari sekrup pemandu sumbu y, semakin kecil kenaikan suhu.Ketika mesin bergerak sepanjang sumbu z, pengaruh distribusi sumber panas pada deformasi termal dijelaskan lebih lanjut.Umpan sumbu z lebih jauh dari arah x, sehingga deformasi termal memiliki pengaruh yang lebih kecil.Semakin dekat mur motor sumbu-z ke kolom, semakin besar kenaikan suhu dan deformasi.
3) Pengaruh distribusi massa.Pengaruh distribusi massa terhadap deformasi termal peralatan mesin memiliki tiga aspek.Pertama, mengacu pada ukuran dan konsentrasi massa, biasanya mengacu pada perubahan kapasitas panas dan kecepatan perpindahan panas, dan mengubah waktu untuk mencapai keseimbangan panas.
2、 Dengan mengubah bentuk susunan massa, seperti susunan berbagai tulang rusuk, kekakuan termal struktur dapat ditingkatkan, dan di bawah kenaikan suhu yang sama, pengaruh deformasi termal dapat dikurangi atau deformasi relatif dapat dipertahankan. kecil;
Ketiga, berarti mengurangi kenaikan suhu bagian-bagian mesin perkakas dengan mengubah bentuk susunan massa, seperti mengatur rusuk-rusuk pembuangan panas di luar struktur.
Pengaruh sifat material: bahan yang berbeda memiliki parameter kinerja termal yang berbeda (panas spesifik, konduktivitas termal dan koefisien ekspansi linier).Di bawah pengaruh panas yang sama, kenaikan suhu dan deformasinya berbeda.Pengujian kinerja termal peralatan mesin
1. Tujuan uji kinerja termal alat mesin adalah untuk mengontrol deformasi termal alat mesin.Kuncinya adalah untuk sepenuhnya memahami perubahan suhu sekitar alat mesin, sumber panas dan perubahan suhu alat mesin itu sendiri dan respons (perpindahan deformasi) dari poin-poin utama melalui uji karakteristik termal.Data uji atau kurva menggambarkan karakteristik termal dari alat mesin, sehingga tindakan pencegahan dapat diambil untuk mengontrol deformasi termal dan meningkatkan akurasi dan efisiensi mesin dari alat mesin.
Secara khusus, tujuan berikut harus dicapai:
1) Uji lingkungan sekitar alat mesin.Ukur lingkungan suhu di bengkel, gradien suhu spasialnya, perubahan distribusi suhu pada pergantian siang dan malam, dan bahkan pengaruh perubahan musim pada distribusi suhu di sekitar alat mesin.
2) Uji karakteristik termal alat mesin itu sendiri.Di bawah kondisi menghilangkan gangguan lingkungan sebanyak mungkin, perkakas mesin harus disimpan dalam berbagai kondisi operasi untuk mengukur perubahan suhu dan perubahan perpindahan titik-titik penting dari perkakas mesin itu sendiri, dan mencatat perubahan suhu dan perpindahan kunci poin dalam jangka waktu yang cukup lama.Pengukur fase termal inframerah juga dapat digunakan untuk merekam distribusi termal setiap periode waktu.
3) Kenaikan suhu dan deformasi termal diukur selama proses pemesinan untuk menilai pengaruh deformasi termal perkakas mesin terhadap keakuratan proses pemesinan.
4) Pengujian di atas dapat mengumpulkan sejumlah besar data dan kurva, yang akan memberikan kriteria yang andal untuk desain perkakas mesin dan kontrol pengguna terhadap deformasi termal, dan menunjukkan arah pengambilan tindakan yang efektif.
2. Prinsip uji deformasi termal alat mesin uji deformasi termal pertama-tama perlu mengukur suhu beberapa poin yang relevan, termasuk aspek-aspek berikut:
1) Sumber panas: termasuk motor umpan dari setiap bagian, motor spindel, pasangan penggerak sekrup bola, rel pemandu, dan bantalan spindel.
2) Perangkat bantu: termasuk sistem hidrolik, lemari es, sistem deteksi perpindahan pendinginan dan pelumasan.
3) Struktur mekanis: termasuk tempat tidur mesin, alas, pelat geser, kolom, kotak kepala penggilingan dan spindel.Batang pengukur baja indium dijepit di antara poros dan meja putar.Lima sensor kontak disusun dalam arah X, y, dan Z untuk mengukur deformasi menyeluruh dalam berbagai kondisi untuk mensimulasikan perpindahan relatif antara pahat dan benda kerja.
3. Pengolahan dan analisis data uji, uji deformasi termal alat mesin harus dilakukan dalam waktu terus menerus yang lama, dan perekaman data terus menerus harus dilakukan.Setelah analisis dan pemrosesan, karakteristik deformasi termal yang tercermin sangat andal.Jika kesalahan dihilangkan melalui beberapa tes, keteraturan yang ditampilkan dapat dipercaya.Ada 5 titik pengukuran dalam uji deformasi termal sistem spindel, di antaranya titik 1 dan titik 2 berada di ujung spindel dan dekat bantalan spindel, dan titik 4 dan titik 5 masing-masing berada di rumah kepala frais di dekat rel panduan arah-z.Waktu pengujian berlangsung selama 14 jam, dimana kecepatan putaran poros utama pada 10 jam pertama berselang-seling dalam kisaran 0-9000r/menit.dari jam ke-10, poros utama terus berputar dengan kecepatan tinggi 9000r / menit.
Kesimpulan berikut dapat ditarik:
1) Waktu keseimbangan termal spindel adalah sekitar 1H, dan kisaran kenaikan suhu setelah keseimbangan adalah 1,5 ;
2) Kenaikan suhu terutama berasal dari bantalan poros utama dan motor poros utama.Dalam kisaran kecepatan normal, bantalan memiliki kinerja termal yang baik;
3) Deformasi termal memiliki pengaruh yang kecil terhadap arah X;
4) Deformasi ekspansi arah-z besar, sekitar 10m, yang disebabkan oleh ekstensi termal poros utama dan peningkatan jarak bebas bantalan;
5) Ketika kecepatan rotasi dijaga pada 9000r / menit, suhu naik tajam, naik tajam sekitar 7 dalam 2,5 jam, dan ada kecenderungan untuk terus meningkat.Deformasi pada arah Y dan arah Z mencapai 29m dan 37m, menunjukkan bahwa poros utama tidak dapat lagi beroperasi secara stabil pada kecepatan putaran 9000r/menit, tetapi dapat beroperasi dalam waktu singkat (20 menit).Kontrol deformasi termal alat mesin dianalisis dan dibahas di atas.Kenaikan suhu dan deformasi termal alat mesin memiliki berbagai faktor pengaruh pada akurasi pemesinan.Ketika mengambil tindakan pengendalian, kita harus memahami kontradiksi utama dan fokus pada mengambil satu atau dua tindakan untuk mencapai hasil dua kali lipat dengan setengah usaha.Desain harus dimulai dari empat arah: mengurangi pembangkitan panas, mengurangi kenaikan suhu, menyeimbangkan struktur dan pendinginan yang wajar.
1. Mengurangi pembangkitan panas dan mengendalikan sumber panas adalah langkah-langkah mendasar.Dalam desain, langkah-langkah harus diambil untuk secara efektif mengurangi pembangkitan panas dari sumber panas.
1) Cukup pilih daya pengenal motor.Daya keluaran P motor sama dengan hasil kali tegangan V dan arus I. umumnya tegangan V adalah konstan.Oleh karena itu, peningkatan beban berarti bahwa daya keluaran motor meningkat, yaitu arus yang sesuai I juga meningkat, dan panas yang dikonsumsi oleh arus dalam impedansi jangkar meningkat.Jika motor yang kami rancang dan pilih bekerja mendekati atau sangat melebihi daya pengenal untuk waktu yang lama, kenaikan suhu motor jelas akan meningkat.Oleh karena itu, uji perbandingan dilakukan pada kepala penggilingan mesin penggilingan slot jarum kontrol numerik bk50 (kecepatan motor: 960r / mnt; suhu sekitar: 12 ).Konsep berikut diperoleh dari pengujian di atas: mempertimbangkan kinerja sumber panas, ketika memilih daya pengenal motor spindel atau motor umpan, sebaiknya memilih sekitar 25% lebih tinggi dari daya yang dihitung.Dalam operasi aktual, daya keluaran motor sesuai dengan beban, dan peningkatan daya pengenal motor memiliki sedikit dampak pada konsumsi energi.Tetapi kenaikan suhu motor dapat dikurangi secara efektif.
