تاثیر دما بر دقت در ماشینکاری CNC چیست؟
تغییر شکل حرارتی یکی از دلایلی است که بر دقت ماشین کاری تاثیر می گذارد.ماشین ابزار تحت تأثیر تغییر دمای محیط کارگاه، گرم شدن موتور و اصطکاک حرکت مکانیکی، گرمای برش و محیط خنک کننده قرار می گیرد و در نتیجه دمای هر قسمت از ماشین ابزار افزایش می یابد و در نتیجه آن افزایش می یابد. در تغییر دقت شکل و دقت ماشینکاری ماشین ابزار.به عنوان مثال، 70 میلی‌متر بر روی یک دستگاه فرز CNC با دقت معمولی پردازش می‌شود × برای پیچ 1650 میلی‌متری، خطای تجمعی قطعات کار آسیاب شده از ساعت 7:30 تا 9:00 صبح می‌تواند در مقایسه با قطعات کار پردازش شده از ساعت 2:00 تا 3:30 به 85 متر برسد. در بعد از ظهراما در دمای ثابت، خطا را می توان تا 40 متر کاهش داد.
مثال دیگر یک ماشین سنگ زنی دو طرفه دقیق است که برای سنگ زنی دو طرفه قطعات ورق فولادی نازک 0.6-3.5 میلی متر استفاده می شود که می تواند 200 میلی متر را در زمان پذیرش پردازش کند × 25 میلی متر × قطعه کار ورق فولادی 1.08 میلی متر می تواند به دقت ابعادی میلی متر برسد. و درجه خمش در کل طول کمتر از 5 متر است.با این حال، پس از آسیاب خودکار مداوم به مدت 1 ساعت، محدوده تغییر اندازه به 12M افزایش یافت و دمای مایع خنک کننده از 17 درجه در هنگام راه اندازی به 45 درجه سانتیگراد افزایش یافت.به دلیل تأثیر گرمای سنگ زنی، ژورنال شفت اصلی کشیده شده و فاصله یاتاقان جلوی شفت اصلی افزایش می یابد.بنابراین، یک یخچال 5.5 کیلوواتی به مخزن خنک کننده ماشین ابزار اضافه می شود و اثر بسیار ایده آل است.ثابت شده است که تغییر شکل ماشین ابزار پس از حرارت دادن یک عامل مهم موثر بر دقت ماشینکاری است.با این حال، ماشین ابزار در محیطی است که دما در هر زمان تغییر می کند.خود ماشین ابزار در هنگام کار به ناچار انرژی مصرف می کند و بخش قابل توجهی از این انرژی به طرق مختلف به گرما تبدیل می شود و در نتیجه باعث تغییرات فیزیکی اجزای مختلف ماشین ابزار می شود.چنین تغییراتی به دلیل اشکال ساختاری و مواد مختلف بسیار متفاوت است.طراحان ماشین ابزار باید بر مکانیسم شکل‌گیری و قانون توزیع دمای گرما تسلط داشته باشند و اقدامات مربوطه را برای کاهش تأثیر تغییر شکل حرارتی بر دقت ماشینکاری تا Z انجام دهند.
ماشینکاری CNC
افزایش دما و توزیع دمای ماشین ابزار و آب و هوای طبیعی بر قلمرو وسیع چین تأثیر می گذارد.بیشتر مناطق در مناطق نیمه گرمسیری واقع شده اند.دما در طول سال بسیار متفاوت است و تفاوت دما در یک روز نیز متفاوت است.بنابراین نحوه و میزان دخالت افراد در دمای داخلی (مانند کارگاه) نیز متفاوت است و جو دمایی اطراف ماشین ابزار بسیار متفاوت است.به عنوان مثال، محدوده تغییر دمای فصلی در دلتای رودخانه یانگ تسه حدود 45 درجه سانتیگراد است و تغییر دمای روزانه حدود 5-12 درجه سانتیگراد است.عموماً کارگاه ماشینکاری در زمستان فاقد گرمایش و در تابستان فاقد تهویه مطبوع می باشد.با این حال، تا زمانی که کارگاه تهویه مناسبی داشته باشد، گرادیان دمایی کارگاه ماشینکاری تغییر چندانی نمی‌کند.در شمال شرقی چین، اختلاف دمای فصلی می تواند به 60 درجه سانتیگراد برسد و تغییرات روزانه حدود 8-15 درجه سانتیگراد است.دوره گرمایش از اواخر مهر تا اوایل فروردین سال بعد است.کارگاه ماشینکاری با گرمایش و گردش هوا ناکافی طراحی شده است.اختلاف دما در داخل و خارج از کارگاه می تواند به 50 ℃ برسد.بنابراین، گرادیان دما در کارگاه در زمستان بسیار پیچیده است.در طول اندازه گیری، دمای بیرون 1.5 ℃، زمان 8:15-8:35 صبح و تغییر دما در کارگاه حدود 3.5 ℃ است.دقت ماشینکاری ماشین‌آلات دقیق تحت تأثیر دمای محیط در چنین کارگاهی قرار می‌گیرد.
تأثیر محیط اطراف محیط اطراف ماشین ابزار به محیط حرارتی تشکیل شده توسط چیدمان های مختلف در محدوده نزدیک ماشین ابزار اشاره دارد.
آنها شامل چهار جنبه زیر هستند:
1) میکرو اقلیم کارگاهی: مانند توزیع دما در کارگاه (جهت عمودی و جهت افقی).هنگامی که روز و شب متناوب می شود یا آب و هوا و تهویه تغییر می کند، دمای کارگاه به آرامی تغییر می کند.
2) منابع گرمای کارگاهی: مانند تشعشعات خورشیدی، تشعشعات تجهیزات گرمایشی و روشنایی پرقدرت و غیره هنگامی که به ماشین ابزار نزدیک هستند، می توانند مستقیماً بر افزایش دمای کل یا بخشی از ماشین ابزار برای یک دستگاه تأثیر بگذارند. مدت زمان طولانی.گرمای تولید شده توسط تجهیزات مجاور در حین کار بر افزایش دمای ماشین ابزار به صورت تشعشع یا جریان هوا تأثیر می گذارد.
3) اتلاف گرما: فونداسیون اثر اتلاف حرارت خوبی دارد، به ویژه شالوده ماشین ابزار دقیق نباید به لوله گرمایش زیرزمینی نزدیک باشد.پس از شکستن و نشت، ممکن است به منبع گرمایی تبدیل شود که یافتن علت آن دشوار است.کارگاه باز یک "رادیاتور" خوب خواهد بود که برای تعادل دما در کارگاه مناسب است.
4) دمای ثابت: امکانات دمای ثابت اتخاذ شده در کارگاه در حفظ دقت و دقت پردازش ماشین ابزار دقیق بسیار موثر است، اما مصرف انرژی زیاد است.
3. عوامل نفوذ حرارتی داخلی ماشین ابزار
1) ماشین ابزار یک منبع حرارتی ساختاری است.گرمایش موتور مانند موتور اسپیندل، موتور سروو تغذیه، موتور پمپ خنک کننده و روانکاری و جعبه کنترل الکتریکی می تواند گرما تولید کند.این شرایط برای خود موتور مجاز است، اما اثرات نامطلوب قابل توجهی بر محور اصلی، بال اسکرو و سایر اجزا دارد و باید برای جداسازی آنها اقداماتی انجام شود.هنگامی که انرژی الکتریکی ورودی موتور را به حرکت وادار می کند، با این تفاوت که بخش کوچکی (حدود 20٪) به انرژی حرارتی موتور تبدیل می شود، بیشتر توسط مکانیسم حرکت، مانند چرخش موتور، به انرژی جنبشی تبدیل می شود. محور اصلی و حرکت میز کار؛با این حال، اجتناب ناپذیر است که بخش قابل توجهی از گرما در حین حرکت به گرمای اصطکاک تبدیل شود، مانند گرمای یاتاقان ها، ریل های راهنما، بال اسکروها و جعبه های انتقال.
2) برش گرمای فرآیند.در طول فرآیند برش، بخشی از انرژی جنبشی ابزار یا قطعه کار توسط کار برش مصرف می شود و بخش قابل توجهی به انرژی تغییر شکل برش و گرمای اصطکاک بین تراشه و ابزار تبدیل می شود و گرما را تشکیل می دهد. ابزار، دوک و قطعه کار، و مقدار زیادی گرمای تراشه به فیکسچر میز کار و سایر قسمت های ماشین ابزار منتقل می شود.آنها مستقیماً بر موقعیت نسبی بین ابزار و قطعه کار تأثیر می گذارند.
3) خنک کنندهخنک سازی یک معیار معکوس در برابر افزایش دمای ماشین ابزار است، مانند خنک کننده موتور، خنک کننده اجزای دوک و خنک کننده اجزای ساختاری اصلی.ماشین ابزارهای پیشرفته اغلب به یخچال هایی برای خنک کردن اجباری مجهز می شوند.
4. تأثیر شکل ساختاری ماشین ابزار بر افزایش دما در زمینه تغییر شکل حرارتی ماشین ابزار، شکل ساختاری ماشین ابزار معمولاً به شکل ساختاری، توزیع جرم، عملکرد مواد و توزیع منبع گرما اشاره دارد.شکل ساختار بر توزیع دما، جهت هدایت گرما، جهت تغییر شکل حرارتی و تطبیق ماشین ابزار تاثیر می گذارد.
1) شکل ساختاری ماشین ابزار.از نظر ساختار کلی ماشین ابزارها به صورت عمودی، افقی، دروازه ای و کنسولی و ... می باشند که تفاوت های زیادی در پاسخ حرارتی و پایداری دارند.به عنوان مثال، افزایش دمای جعبه محور اصلی یک ماشین تراش سرعت چرخ دنده می تواند به 35 درجه سانتیگراد برسد، به طوری که انتهای شفت اصلی بالا می رود و زمان تعادل حرارتی حدود 2 ساعت نیاز دارد.برای مرکز تراشکاری و فرزکاری دقیق با بستر شیبدار، ماشین ابزار دارای یک پایه پایدار است.سفتی کل دستگاه به وضوح بهبود یافته است.محور اصلی توسط یک موتور سروو هدایت می شود و قسمت انتقال دنده حذف می شود.افزایش دما به طور کلی کمتر از 15 ℃ است.
2) تأثیر توزیع منبع حرارت.به طور کلی در نظر گرفته می شود که منبع گرما به موتور روی ماشین ابزار اشاره دارد.به عنوان مثال، موتور اسپیندل، موتور تغذیه و سیستم هیدرولیک کامل نیستند.گرمایش موتور تنها انرژی مصرف شده توسط جریان روی امپدانس آرمیچر در هنگام تحمل بار است و بخش قابل توجهی از انرژی توسط گرمایش ناشی از اصطکاک بلبرینگ، مهره پیچ، ریل راهنما و غیره مصرف می شود. مکانیسم هابنابراین موتور را می توان منبع حرارت اولیه و یاتاقان، مهره، ریل راهنما و تراشه را می توان منبع حرارت ثانویه نامید.تغییر شکل حرارتی نتیجه تاثیر همه جانبه همه این منابع گرمایی است.افزایش دما و تغییر شکل یک مرکز ماشینکاری عمودی با ستون های متحرک در طول حرکت تغذیه جهت y.میز کار هنگام تغذیه در جهت Y حرکت نمی کند، بنابراین تاثیر کمی بر تغییر شکل حرارتی در جهت X دارد.در ستون، هرچه از پیچ راهنمای محور y دورتر باشد، افزایش دما کمتر می شود.هنگامی که ماشین در امتداد محور z حرکت می کند، تأثیر توزیع منبع گرما بر تغییر شکل حرارتی بیشتر توضیح داده می شود.تغذیه محور z از جهت x دورتر است، بنابراین تغییر شکل حرارتی تأثیر کمتری دارد.هرچه مهره موتور محور z به ستون نزدیکتر باشد، افزایش دما و تغییر شکل بیشتر می شود.
3) تأثیر توزیع جرم.تأثیر توزیع جرم بر تغییر شکل حرارتی ماشین ابزار دارای سه جنبه است.اول، به اندازه و غلظت جرم اشاره دارد، معمولاً به تغییر ظرفیت گرمایی و سرعت انتقال حرارت و تغییر زمان رسیدن به تعادل حرارتی اشاره دارد.
2، با تغییر شکل آرایش جرم، مانند آرایش دنده های مختلف، می توان سفتی حرارتی سازه را بهبود بخشید و تحت همان افزایش دما، می توان تأثیر تغییر شکل حرارتی را کاهش داد یا تغییر شکل نسبی را حفظ کرد. کم اهمیت؛
سوم، به این معنی است که با تغییر شکل آرایش جرمی، مانند چیدمان دنده های دفع گرما در خارج از سازه، افزایش دمای قطعات ماشین ابزار را کاهش دهیم.
تأثیر خواص مواد: مواد مختلف پارامترهای عملکرد حرارتی متفاوتی دارند (گرمای خاص، هدایت حرارتی و ضریب انبساط خطی).تحت تأثیر گرمای یکسان، افزایش دما و تغییر شکل آنها متفاوت است.تست عملکرد حرارتی ماشین ابزار
1. هدف از تست عملکرد حرارتی ماشین ابزار کنترل تغییر شکل حرارتی ماشین ابزار است.نکته اصلی درک کامل تغییر دمای محیط ماشین ابزار، منبع گرما و تغییر دمای خود ماشین ابزار و پاسخ (تغییر شکل) نقاط کلیدی از طریق آزمایش مشخصه حرارتی است.داده ها یا منحنی های آزمایش، ویژگی های حرارتی یک ماشین ابزار را توصیف می کنند، به طوری که می توان اقدامات متقابلی را برای کنترل تغییر شکل حرارتی و بهبود دقت ماشینکاری و کارایی ماشین ابزار انجام داد.
به طور خاص، اهداف زیر باید محقق شود:
1) محیط اطراف ماشین ابزار را آزمایش کنید.دمای محیط کارگاه، گرادیان دمای فضایی آن، تغییر توزیع دما در تناوب روز و شب و حتی تاثیر تغییر فصلی بر توزیع دما در اطراف ماشین ابزار را اندازه گیری کنید.
2) تست مشخصه حرارتی خود ماشین ابزار.در شرایط حذف تداخل محیطی تا حد امکان، ماشین ابزار باید در حالت های مختلف عملیاتی نگهداری شود تا تغییر دما و تغییر مکان نقاط مهم خود ماشین ابزار اندازه گیری شود و تغییر دما و جابجایی کلید ثبت شود. در یک دوره زمانی به اندازه کافی طولانی امتیاز می دهد.فاز متر حرارتی مادون قرمز نیز می تواند برای ثبت توزیع حرارتی هر دوره زمانی استفاده شود.
3) افزایش دما و تغییر شکل حرارتی در طول فرآیند ماشینکاری اندازه گیری می شود تا تأثیر تغییر شکل حرارتی ماشین ابزار بر دقت فرآیند ماشینکاری قضاوت شود.
4) آزمایشات فوق می توانند تعداد زیادی داده و منحنی را جمع آوری کنند که معیارهای قابل اعتمادی را برای طراحی ماشین ابزار و کنترل تغییر شکل حرارتی توسط کاربر ارائه می دهد و جهت انجام اقدامات مؤثر را نشان می دهد.
2. اصل تست تغییر شکل حرارتی تست تغییر شکل حرارتی ماشین ابزار ابتدا نیاز به اندازه گیری دمای چندین نقطه مربوطه از جمله جنبه های زیر دارد:
1) منبع حرارت: شامل موتور تغذیه هر قسمت، موتور اسپیندل، جفت درایو بال اسکرو، ریل راهنما و یاتاقان دوک.
2) وسایل کمکی: شامل سیستم هیدرولیک، یخچال، خنک کننده و سیستم تشخیص جابجایی روانکاری.
3) ساختار مکانیکی: شامل بستر ماشین، پایه، صفحه اسلاید، ستون، جعبه سر فرز و دوک نخ ریسی.یک میله اندازه گیری فولادی ایندیوم بین دوک و میز دوار بسته می شود.پنج حسگر تماسی در جهت‌های X، y و Z مرتب شده‌اند تا تغییر شکل جامع را در شرایط مختلف اندازه‌گیری کنند تا جابجایی نسبی بین ابزار و قطعه کار را شبیه‌سازی کنند.
3. پردازش و تجزیه و تحلیل داده های آزمایشی، آزمایش تغییر شکل حرارتی ماشین ابزار باید در مدت زمان طولانی و پیوسته انجام شود و ضبط مداوم داده ها باید انجام شود.پس از تجزیه و تحلیل و پردازش، ویژگی های تغییر شکل حرارتی منعکس شده بسیار قابل اعتماد هستند.اگر خطا از طریق آزمایش های متعدد برطرف شود، نظم نمایش داده شده معتبر است.در آزمایش تغییر شکل حرارتی سیستم اسپیندل 5 نقطه اندازه گیری وجود دارد که نقطه 1 و 2 در انتهای دوک و نزدیک یاتاقان دوک قرار دارند و نقطه 4 و 5 به ترتیب در محفظه سر فرز نزدیک به ریل راهنمای جهت z.زمان آزمایش 14 ساعت به طول انجامید که در آن سرعت چرخش شفت اصلی در 10 ساعت اول در محدوده 0-9000r / دقیقه متناوب بود.از ساعت 10، شفت اصلی با سرعت بالای 9000r / دقیقه به چرخش ادامه داد.
نتایج زیر را می توان گرفت:
1) زمان تعادل حرارتی اسپیندل حدود 1 ساعت است و محدوده افزایش دما پس از تعادل 1.5 ℃ است.
2) افزایش دما عمدتاً از یاتاقان شفت اصلی و موتور شفت اصلی ناشی می شود.در محدوده سرعت معمولی، بلبرینگ عملکرد حرارتی خوبی دارد.
3) تغییر شکل حرارتی تأثیر کمی بر جهت X دارد.
4) تغییر شکل انبساط جهت z بزرگ است، حدود 10 متر، که ناشی از گسترش حرارتی شفت اصلی و افزایش فاصله یاتاقان است.
5) هنگامی که سرعت چرخش در 9000r / دقیقه نگه داشته می شود، افزایش دما به شدت افزایش می یابد و در عرض 2.5 ساعت به شدت در حدود 7 ℃ افزایش می یابد و تمایل به ادامه افزایش وجود دارد.تغییر شکل در جهت Y و جهت Z به 29 متر و 37 متر می رسد، که نشان می دهد شفت اصلی دیگر نمی تواند با سرعت چرخش 9000r / دقیقه به طور پایدار کار کند، اما می تواند در مدت زمان کوتاهی (20 دقیقه) کار کند.کنترل تغییر شکل حرارتی ماشین ابزار در بالا مورد تجزیه و تحلیل و بحث قرار گرفته است.افزایش دما و تغییر شکل حرارتی ماشین ابزار عوامل تاثیرگذاری مختلفی بر دقت ماشینکاری دارد.هنگام انجام اقدامات کنترلی، باید تضاد اصلی را درک کرده و روی انجام یک یا دو اقدام تمرکز کنیم تا با نیمی از تلاش به دو برابر نتیجه برسیم.طراحی باید از چهار جهت شروع شود: کاهش تولید گرما، کاهش افزایش دما، ساختار متعادل و خنک کننده معقول.
1. کاهش تولید گرما و کنترل منبع گرما اقدامات اساسی است.در طراحی، باید اقداماتی برای کاهش موثر تولید گرما از منبع حرارت انجام شود.
1) قدرت نامی موتور را منطقی انتخاب کنید.توان خروجی P موتور برابر است با حاصلضرب ولتاژ V و جریان I. به طور کلی ولتاژ V ثابت است.بنابراین، افزایش بار به این معنی است که قدرت خروجی موتور افزایش می یابد، یعنی جریان متناظر I نیز افزایش می یابد و گرمای مصرف شده توسط جریان در امپدانس آرمیچر افزایش می یابد.اگر موتوری که ما طراحی و انتخاب کردیم برای مدت طولانی نزدیک یا بسیار بیشتر از توان نامی کار کند، افزایش دمای موتور به وضوح افزایش می یابد.بنابراین، یک آزمایش مقایسه ای بر روی سر فرز دستگاه فرز اسلات سوزنی کنترل عددی bk50 (سرعت موتور: 960r / دقیقه؛ دمای محیط: 12 ℃) انجام شد.مفاهیم زیر از آزمایش های فوق به دست می آید: با توجه به عملکرد منبع حرارتی، هنگام انتخاب توان نامی موتور اسپیندل یا موتور تغذیه، مناسب است حدود 25 درصد بالاتر از توان محاسبه شده انتخاب شود.در عملکرد واقعی، توان خروجی موتور با بار مطابقت دارد و افزایش توان نامی موتور تأثیر کمی بر مصرف انرژی دارد.اما افزایش دمای موتور را می توان به طور موثر کاهش داد.
