Pengaruh temperatur terhadap keakuratan pemesinan peralatan mesin

Deformasi termal adalah salah satu alasan yang mempengaruhi keakuratan pemesinan. Peralatan mesin dipengaruhi oleh perubahan suhu lingkungan bengkel, pemanasan motor listrik, pemanasan gesekan gerak mekanis, panas pemotongan, dan media pendingin, yang mengakibatkan kenaikan suhu yang tidak merata di berbagai bagian peralatan mesin, yang menyebabkan perubahan pada keakuratan bentuk dan akurasi pemesinan. dari alat mesin. Misalnya, pemesinan 70mm pada mesin penggilingan CNC presisi biasa × Variasi kesalahan kumulatif sekrup 1650mm dapat mencapai 85m dibandingkan dengan benda kerja yang digiling dari jam 7:30-9:00 di pagi hari dan diproses dari jam 2 :00-3:30 sore. Dalam kondisi suhu konstan, kesalahan dapat dikurangi hingga 40m.
Misalnya, mesin gerinda ujung ganda presisi yang digunakan untuk menggiling benda kerja lembaran baja tipis dengan ketebalan 0.6-3.5mm di kedua sisi, yang memproses 200mm selama pemeriksaan penerimaan × 25mm × Baja 1,08mm benda kerja lembaran dapat mencapai akurasi dimensi mm, dan kelengkungan kurang dari 5m di seluruh panjangnya. Namun setelah penggilingan otomatis terus menerus selama 1 jam, kisaran perubahan ukuran meningkat menjadi 12m, dan suhu cairan pendingin meningkat dari 17 derajat saat startup menjadi 45 derajat. Akibat pengaruh panas penggilingan, leher poros utama memanjang dan jarak bebas antara bantalan depan poros utama bertambah. Berdasarkan hal ini, penambahan unit pendingin 5,5kW ke tangki pendingin peralatan mesin telah mencapai hasil yang sangat ideal. Praktek telah membuktikan bahwa deformasi peralatan mesin setelah pemanasan merupakan faktor penting yang mempengaruhi akurasi pemesinan. Namun peralatan mesin berada dalam lingkungan di mana suhu berubah secara konstan dan di mana saja; Peralatan mesin itu sendiri pasti akan mengkonsumsi energi selama pengoperasiannya, dan sebagian besar energi tersebut akan diubah menjadi panas dengan berbagai cara, sehingga menyebabkan perubahan fisik pada berbagai komponen peralatan mesin. Perubahan ini juga sangat bervariasi karena perbedaan bentuk struktur, bahan, dan alasan lainnya. Perancang peralatan mesin harus menguasai mekanisme pembentukan panas dan distribusi suhu, mengambil tindakan yang tepat untuk meminimalkan dampak deformasi termal pada akurasi pemesinan.
Kenaikan suhu dan distribusi peralatan mesin, serta pengaruh iklim alam, memiliki wilayah yang luas di Tiongkok. Sebagian besar wilayah terletak di daerah subtropis, dengan perubahan suhu yang signifikan sepanjang tahun dan perbedaan suhu yang bervariasi sepanjang hari. Akibatnya, orang memiliki cara dan tingkat intervensi yang berbeda terhadap suhu dalam ruangan (seperti bengkel), dan suhu atmosfer di sekitar peralatan mesin sangat bervariasi. Misalnya, kisaran variasi suhu musiman di kawasan Delta Sungai Yangtze adalah sekitar 45 derajat , dan variasi suhu diurnal sekitar 5-12 derajat . Bengkel permesinan umumnya tidak memiliki pemanas di musim dingin dan tidak ada AC di musim panas, namun selama bengkel tersebut memiliki ventilasi yang baik, gradien suhu di bengkel permesinan tidak banyak berubah. Di wilayah Timur Laut, perbedaan suhu musiman bisa mencapai 60 derajat, dengan variasi diurnal sekitar 8-15 derajat. Periode pemanasan adalah dari akhir Oktober hingga awal April tahun berikutnya, dan bengkel permesinan dirancang dengan pemanas, sehingga sirkulasi udara tidak mencukupi. Perbedaan suhu di dalam dan di luar bengkel bisa mencapai 50 derajat. Oleh karena itu, gradien suhu di bengkel selama musim dingin sangat kompleks, dengan suhu luar ruangan sebesar 1,5 derajat diukur dari pukul 8:15 hingga 8:35 pagi, dan perubahan suhu di bengkel sekitar 3,5 derajat. Keakuratan pemesinan peralatan mesin presisi akan sangat dipengaruhi oleh suhu lingkungan di bengkel tersebut.
Pengaruh lingkungan sekitar mengacu pada lingkungan termal yang dibentuk oleh berbagai tata letak dalam jarak dekat dari peralatan mesin.
Ini mencakup empat aspek berikut:
1) Iklim mikro bengkel: seperti distribusi suhu di dalam bengkel (arah vertikal dan horizontal). Ketika siang dan malam bergantian atau iklim dan ventilasi berubah, suhu bengkel akan mengalami perubahan yang lambat.
2) Sumber panas bengkel: seperti sinar matahari, radiasi dari peralatan pemanas, dan penerangan berdaya tinggi, dapat secara langsung mempengaruhi kenaikan suhu seluruh peralatan mesin atau beberapa komponen dalam waktu yang lama jika berada dekat dengan peralatan mesin. Panas yang dihasilkan oleh perangkat yang berdekatan selama pengoperasian dapat mempengaruhi kenaikan suhu peralatan mesin melalui radiasi atau aliran udara.
3) Pembuangan panas: Fondasi memiliki efek pembuangan panas yang baik, terutama fondasi peralatan mesin presisi. Penting untuk menghindari berada dekat dengan pipa pemanas bawah tanah. Jika pecah dan bocor, dapat menjadi sumber panas yang sulit ditemukan penyebabnya; Bengkel terbuka akan menjadi "radiator" yang baik, yang kondusif bagi keseimbangan suhu di bengkel.
4) Suhu konstan: Mengadopsi fasilitas suhu konstan di bengkel sangat efektif dalam menjaga presisi dan akurasi pemesinan peralatan mesin presisi, namun menghabiskan banyak energi.
3. Faktor pengaruh termal internal peralatan mesin
1) Sumber panas struktural untuk peralatan mesin. Motor listrik yang menghasilkan panas, seperti motor spindel, motor servo umpan, motor pompa pendingin dan pelumasan, dan kotak kontrol listrik, semuanya dapat menghasilkan panas. Situasi ini diperbolehkan untuk motor itu sendiri, namun memiliki dampak buruk yang signifikan pada komponen seperti spindel dan sekrup bola, dan tindakan harus diambil untuk mengisolasinya. Ketika energi listrik masukan menggerakkan motor untuk beroperasi, kecuali sebagian kecil (sekitar 20%) yang diubah menjadi energi panas motor, sebagian besar akan diubah menjadi energi kinetik melalui mekanisme gerak, seperti putaran spindel, gerakan meja kerja. , dll; Namun, tidak dapat dihindari bahwa sebagian besar masih akan diubah menjadi panas gesekan selama proses pergerakan, seperti panas yang dihasilkan oleh mekanisme seperti bantalan, rel pemandu, sekrup bola, dan kotak transmisi.
2) Panas pemotongan proses. Selama proses pemotongan, sebagian energi kinetik pahat atau benda kerja dikonsumsi oleh pekerjaan pemotongan, sementara sebagian besar diubah menjadi energi deformasi pemotongan dan panas gesekan antara serpihan dan pahat, sehingga menghasilkan pemanasan pahat, spindel, dan benda kerja. Sejumlah besar panas chip kemudian disalurkan ke perlengkapan meja kerja dan komponen peralatan mesin lainnya. Mereka secara langsung akan mempengaruhi posisi relatif antara pahat dan benda kerja.
3) Pendinginan. Pendinginan adalah tindakan sebaliknya yang bertujuan untuk meningkatkan suhu peralatan mesin, seperti pendinginan motor, pendinginan komponen spindel, dan pendinginan komponen struktur dasar. Peralatan mesin kelas atas sering kali melengkapi kotak kontrol listrik dengan mesin dingin untuk pendinginan paksa.
4. Pengaruh bentuk struktur peralatan mesin terhadap kenaikan suhu dibahas dalam bidang deformasi termal peralatan mesin, biasanya mengacu pada isu-isu seperti bentuk struktur, distribusi massa, sifat material, dan distribusi sumber panas. Bentuk struktur mempengaruhi distribusi suhu, arah konduksi panas, arah deformasi termal, dan kesesuaian peralatan mesin.
1) Bentuk struktur peralatan mesin. Dari segi struktur keseluruhan, peralatan mesin meliputi tipe vertikal, horizontal, gantri, dan kantilever, yang memiliki perbedaan signifikan dalam respons termal dan stabilitas. Misalnya, kenaikan suhu kotak poros utama mesin bubut kecepatan variabel roda gigi dapat mencapai hingga 35 derajat, menyebabkan ujung spindel terangkat ke atas, dan waktu keseimbangan termal memakan waktu sekitar 2 jam. Pusat permesinan pembubutan dan penggilingan presisi tipe alas miring memiliki dasar yang stabil untuk peralatan mesin. Kekakuan seluruh mesin telah ditingkatkan secara signifikan, dan spindel digerakkan oleh motor servo. Bagian transmisi roda gigi telah dilepas, dan kenaikan suhunya umumnya kurang dari 15 derajat.
2) Pengaruh distribusi sumber panas. Pada peralatan mesin, secara umum sumber panas diyakini berasal dari motor listrik. Komponen seperti motor spindel, motor umpan, dan sistem hidrolik sebenarnya belum lengkap. Pemanasan motor listrik hanyalah energi yang dikonsumsi oleh arus pada impedansi jangkar saat memikul beban, dan sejumlah besar energi dikonsumsi oleh kerja gesekan bantalan, sekrup, mur, dan rel pemandu. Jadi motor listrik dapat disebut sebagai sumber panas primer, dan bantalan, mur, rel pemandu, dan chip dapat disebut sebagai sumber panas sekunder. Deformasi termal adalah hasil dari pengaruh gabungan dari semua sumber panas ini. Kenaikan suhu dan deformasi pusat permesinan vertikal dengan kolom bergerak selama gerakan umpan sumbu Y. Saat mengumpankan ke arah Y, meja kerja tidak bergerak, sehingga berdampak kecil pada deformasi termal ke arah X. Pada pilar, semakin jauh sekrup pemandu dari sumbu Y, maka kenaikan suhu semakin kecil. Keadaan mesin yang bergerak pada sumbu Z selanjutnya menggambarkan pengaruh distribusi sumber panas terhadap deformasi termal. Umpan sumbu Z lebih jauh dari sumbu X, sehingga dampak deformasi termal lebih kecil. Semakin dekat kolom ke mur motor sumbu Z, semakin besar kenaikan suhu dan deformasi.
3) Dampak distribusi kualitas. Pengaruh distribusi kualitas terhadap deformasi termal peralatan mesin memiliki tiga aspek. Pertama, mengacu pada ukuran dan konsentrasi massa, biasanya mengacu pada perubahan kapasitas panas dan laju perpindahan panas, serta perubahan waktu untuk mencapai kesetimbangan termal.
2, Dengan mengubah susunan kualitas, seperti susunan berbagai pelat tulangan, kekakuan termal struktur dapat ditingkatkan, mengurangi pengaruh deformasi termal atau mempertahankan deformasi yang relatif kecil pada kenaikan suhu yang sama;
Ketiga, mengacu pada pengurangan kenaikan suhu komponen peralatan mesin dengan mengubah bentuk pengaturan kualitas, seperti mengatur rusuk pembuangan panas di luar struktur.
Pengaruh sifat material: Material yang berbeda memiliki parameter kinerja termal yang berbeda (panas spesifik, konduktivitas termal, dan koefisien ekspansi linier), dan di bawah pengaruh panas yang sama, kenaikan suhu dan deformasinya berbeda. Pengujian kinerja termal peralatan mesin
1. Tujuan pengujian kinerja termal peralatan mesin adalah untuk mengontrol deformasi termal peralatan mesin. Kuncinya adalah memahami sepenuhnya perubahan suhu lingkungan, sumber panas dan perubahan suhu peralatan mesin itu sendiri, serta respons titik-titik penting (perpindahan deformasi) melalui pengujian karakteristik termal. Data atau kurva pengujian menggambarkan karakteristik termal suatu perkakas mesin untuk melakukan tindakan penanggulangan, mengendalikan deformasi termal, dan meningkatkan akurasi dan efisiensi pemesinan perkakas mesin.
Secara khusus, tujuan-tujuan berikut harus dicapai:
1) Uji lingkungan sekitar peralatan mesin. Mengukur suhu lingkungan di bengkel, gradien suhu spasialnya, perubahan distribusi suhu pada pergantian siang malam, dan bahkan dampak perubahan musim terhadap distribusi suhu di sekitar peralatan mesin.
2) Uji karakteristik termal dari peralatan mesin itu sendiri. Dalam kondisi sebisa mungkin menghilangkan gangguan lingkungan, pertahankan peralatan mesin dalam berbagai kondisi pengoperasian untuk mengukur perubahan suhu dan perpindahan titik-titik penting dari peralatan mesin itu sendiri, mencatat perubahan suhu dan perpindahan titik-titik kunci dalam jangka waktu yang cukup lama. waktu, dan juga mencatat distribusi termal setiap periode waktu menggunakan pencitraan termal inframerah.
3) Uji kenaikan suhu dan deformasi termal selama proses pemesinan untuk mengetahui dampak deformasi termal alat mesin terhadap keakuratan proses pemesinan.
4) Eksperimen di atas dapat mengumpulkan sejumlah besar data dan kurva, memberikan kriteria yang dapat diandalkan untuk desain peralatan mesin dan kontrol pengguna terhadap deformasi termal, dan menunjukkan arah pengambilan tindakan yang efektif.
2. Prinsip pengujian deformasi termal untuk peralatan mesin. Pengujian deformasi termal terlebih dahulu memerlukan pengukuran suhu pada beberapa titik yang relevan, meliputi aspek-aspek berikut:
1) Sumber panas: termasuk berbagai bagian motor umpan, motor spindel, pasangan transmisi sekrup bola, rel pemandu, dan bantalan spindel.
2) Perangkat bantu: termasuk sistem hidrolik, mesin pendingin, sistem deteksi perpindahan pendinginan dan pelumasan.
3) Struktur mekanis: termasuk tempat tidur, alas, skateboard, kolom, kotak kepala penggilingan, dan spindel. Batang pengukur baja indium dijepit di antara spindel dan meja kerja putar, dan 5 sensor kontak dikonfigurasikan dalam arah X, Y, dan Z untuk mengukur deformasi komprehensif di berbagai keadaan, mensimulasikan perpindahan relatif antara pahat dan benda kerja. 3. Pemrosesan dan analisis data pengujian: Uji deformasi termal peralatan mesin harus dilakukan dalam jangka waktu yang lama dan terus menerus, dengan pencatatan data yang terus menerus. Setelah analisis dan pemrosesan, karakteristik deformasi termal yang dipantulkan sangat andal. Jika penghapusan kesalahan dilakukan melalui beberapa percobaan, keteraturan yang ditampilkan dapat diandalkan. Sebanyak 5 titik pengukuran ditetapkan untuk uji deformasi termal sistem spindel, dengan titik 1 dan 2 terletak di ujung spindel dan dekat bantalan spindel, serta titik 4 dan 5 terletak di dekat rel pemandu arah Z dari rumah kepala penggilingan, masing-masing. Pengujian berlangsung selama total 14 jam, dengan 10 jam pertama putaran spindel bergantian antara 0-9000r/min. Mulai jam ke 10, spindel terus berputar dengan kecepatan tinggi 9000r/menit. Kesimpulan berikut dapat ditarik: 1) Waktu kesetimbangan termal spindel adalah sekitar 1 jam, dan kisaran kenaikan suhu setelah kesetimbangan adalah 1,5 derajat; 2) Kenaikan suhu terutama berasal dari bantalan spindel dan motor spindel. Dalam kisaran kecepatan normal, kinerja termal bantalan baik; 3) Deformasi termal memiliki pengaruh yang kecil pada arah X; 4) Deformasi ekspansi arah Z relatif besar, sekitar 10m, yang disebabkan oleh pemanjangan termal poros utama dan peningkatan jarak bebas bantalan; 5) Ketika kecepatan terus mencapai 9000r/menit, suhu meningkat tajam, meningkat sekitar 7 derajat dalam waktu 2,5 jam, dan ada kecenderungan peningkatan lebih lanjut. Deformasi pada arah Y dan Z mencapai 29m dan 37m, menunjukkan bahwa spindel tidak dapat lagi beroperasi secara stabil pada kecepatan 9000r/menit, tetapi dapat beroperasi dalam waktu singkat (20 menit). Pengendalian deformasi termal peralatan mesin dianalisis dan dibahas di atas. Kenaikan suhu dan deformasi termal peralatan mesin memiliki berbagai faktor yang mempengaruhi akurasi pemesinan. Saat mengambil tindakan pengendalian, kontradiksi utama harus dipahami, dan tindakan pertama dan kedua harus ditekankan untuk mencapai hasil dua kali lipat dengan setengah upaya. Dalam desain, kita harus memulai dari empat arah: mengurangi timbulnya panas, mengurangi kenaikan suhu, mencapai keseimbangan struktural, dan pendinginan yang wajar. 1. Mengurangi pembangkitan panas dan mengendalikan sumber panas adalah langkah mendasar. Tindakan harus diambil dalam desain untuk secara efektif mengurangi pembangkitan panas dari sumber panas. 1) Pilih daya pengenal motor secara wajar. Daya keluaran P motor listrik sama dengan hasil kali tegangan V dan arus I. Umumnya tegangan V adalah konstan. Oleh karena itu, peningkatan beban berarti daya keluaran motor meningkat, dan arus I yang sesuai juga meningkat. Akibatnya, panas yang dikonsumsi oleh arus pada impedansi jangkar meningkat. Jika motor yang kami rancang dan pilih beroperasi dalam waktu lama dalam kondisi yang mendekati atau melebihi daya pengenal secara signifikan, kenaikan suhu motor akan meningkat secara signifikan. Untuk tujuan ini, uji perbandingan dilakukan pada kepala penggilingan mesin penggilingan slot jarum CNC BK50 (kecepatan motor: 960r/mnt; suhu sekitar: 12 derajat). Dari percobaan di atas diperoleh konsep sebagai berikut: dengan mempertimbangkan kinerja sumber panas, apakah itu motor spindel atau motor umpan, yang terbaik adalah memilih daya pengenal sekitar 25% lebih tinggi dari daya yang dihitung. Dalam pengoperasian sebenarnya, daya keluaran motor sesuai dengan beban, dan peningkatan daya pengenal motor memiliki pengaruh yang kecil terhadap konsumsi energi. Tapi itu secara efektif dapat mengurangi kenaikan suhu motor.