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数控机床的结构形态对温升有影响吗?

2021-08-19 08:40:44

数控机床热变形领域讨论数控机床结构形态,通常指结构形式、质量分布、材料性能和热源分布等问题。结构形态影响数控机床的温度分布、热量的传导方向、热变形方向及匹配等。


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1)数控机床的结构形态。在总体结构方面,数控机床有立式、卧式、龙门式和悬臂式等,对于热的响应和稳定性均有较大差异。例如齿轮变速的车床主轴箱的温升可高达35℃,使主轴端上抬,热平衡时间需2h左右。而斜床身式精密车铣加工中心,数控机床有一个稳定的底座。明显提高了整机刚度,主轴采用伺服电动机驱动,去除了齿轮传动部分,其温升一般小于15℃。

2)热源分布的影响。数控机床上通常认为热源是指电动机。如主轴电动机、进给电动机和液压系统等,其实是不完全的。电动机的发热只是在承担负荷时,电流消耗在电枢阻抗上的能量,另有相当一部分能量消耗于轴承、丝杠螺母和导轨等机构的摩擦功引起的发热。所以可把电动机称为一次热源,将轴承、螺母、导轨和切屑称之为二次热源。热变形则是所有这些热源综合影响的结果。

一台立柱移动式立式加工中心在Y向进给运动中温升和变形情况。Y向进给时工作台未作运动,所以对X向的热变形影响很小。在立柱上,离Y轴的导轨丝杠越远的点,其温升越小。

该机在Z轴移动时的情况则更进一步说明了热源分布对热变形的影响。Z轴进给离X向更远,故热变形影响更小,立柱上离Z轴电动机螺母越近,温升及变形也越大。

3)质量分布的影响。质量分布对数控机床热变形的影响有三方面。其一,指质量大小与集中程度,通常指改变热容量和热传递的速度,改变达到热平衡的时间;其二,通过改变质量的布置形式,如各种筋板的布置,提高结构的热刚度,在同样温升的情况下,减小热变形影响或保持相对变形较小;其三,则指通过改变质量布置的形式,如在结构外部布置散热筋板,以降低数控机床部件的温升。

4)材料性能的影响:不同的材料有不同的热性能参数(比热、导热率和线膨胀系数),在同样热量的影响下,其温升、变形均有不同。


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