
根據(jù)目前機(jī)床熱變形研究成果,,減小閥門專用機(jī)床熱誤差有兩種基本方法:誤差預(yù)防法和誤差補(bǔ)償法件,。誤差預(yù)防是通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝降低溫升;誤差補(bǔ)償是通過建立機(jī)床熱誤差數(shù)學(xué)模型進(jìn)行誤差的實(shí)時補(bǔ)償,。
誤差預(yù)防法通過改進(jìn)設(shè)計和制造途徑消除或減少可能的熱誤差源,,提高機(jī)床的制作精度,,或者控制溫度來滿足加工精度要求。它有很大的局限性,,即使可能,,經(jīng)濟(jì)上的代價往往是很昂貴的。
1,、溫度控制
控制溫度主要是控制數(shù)控機(jī)床床身上關(guān)鍵部件的溫度,,從而達(dá)到控制其熱變形的大小。主要方法是在機(jī)床構(gòu)件的一定位置布置加熱元件或冷卻系統(tǒng),,實(shí)現(xiàn)機(jī)床整體的溫度場的均衡,減少熱變形,。具體措施包括:控制切削用量來減少切削熱,;采用氣浮、液壓主軸和導(dǎo)軌減少摩擦熱,;采用隔熱層使機(jī)床發(fā)熱部件產(chǎn)生的熱量排出,;采用油冷機(jī)對主軸進(jìn)行強(qiáng)制冷卻;采用陶瓷,、磁力軸承等新型材料,,從而降低發(fā)熱量。
2,、合理設(shè)計結(jié)構(gòu)
這種方法是在機(jī)械設(shè)計時,,合理地選擇產(chǎn)生熱變形部件材料的熱膨脹系數(shù)、控制熱變形和熱誤差的方向,,從而有效防止重要部件的熱變形對機(jī)床的加工誤差產(chǎn)生影響,。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時,結(jié)構(gòu)熱對稱設(shè)計是改善機(jī)床熱變形對加工精度不良影響最有效的方法之一,,這種“熱對稱面”設(shè)計理論是由日本的吉田嘉太郎提出的,,即把影響加工精度最大的零件配置在熱對稱面上,就能大大改善熱變形所引起的加工精度不良的狀況,。如加工中心立柱垂直導(dǎo)軌上的主軸箱部件采用夾箱式結(jié)構(gòu),,就是一個熱對稱的典型設(shè)計,可以避免一般單立柱機(jī)床經(jīng)常出現(xiàn)的主軸熱傾斜現(xiàn)象,,以提高加工精度和熱穩(wěn)定性,。熱容量平衡設(shè)計也是改善熱變形的有效方法之一,它是根據(jù)閥門雙面機(jī)床各部件的熱容量不同,,對局部容量大的部件采取一定的措施來控制和減少其溫升,,使它與熱容量小的部位不致產(chǎn)生較大的溫差,盡量達(dá)到它們之間的熱平衡,,從而使機(jī)床整體的熱變形減少,。
近年來還提出了一些改善機(jī)床結(jié)構(gòu),,控制熱變形的新方法。如浙江大學(xué)的應(yīng)濟(jì)等人根據(jù)相變材料的特性,,提出將相變材料注入到機(jī)床基礎(chǔ)件中,,可在一定范圍內(nèi)消除基礎(chǔ)件的熱變形。吉林省機(jī)電研究設(shè)計院的研究人員利用自準(zhǔn)直原理設(shè)計新型導(dǎo)軌磨床,,這種方法可基本消除由于環(huán)境溫度變化引起的基礎(chǔ)件的熱變形,。吉林大學(xué)的閏占輝等研究環(huán)境溫度變化對機(jī)床基礎(chǔ)熱變形的影響規(guī)律,認(rèn)為隨著基礎(chǔ)深度的增加,,基礎(chǔ)溫度分布呈負(fù)指數(shù)規(guī)律遞減的簡諧波,,熱變形主要集中在距離基礎(chǔ)兩端某距離以內(nèi),并利用自準(zhǔn)直原理提出雙層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),,使機(jī)床自重變形能夠自動補(bǔ)償環(huán)境溫度變化引起的熱變形,,從而提高機(jī)床的加工精度及其穩(wěn)定性。
現(xiàn)代計算機(jī)運(yùn)算速度發(fā)展很快,,使得利用有限元方法可以對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)床進(jìn)行熱變形分析,。通過計算機(jī)對機(jī)床現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行模擬,優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu),,也是一種提高加工中心精度的有效途徑,。浙江大學(xué)研究人員對彈性熱接觸問題用有限元方法進(jìn)行研究,而且對有限元系統(tǒng)進(jìn)行了開發(fā),,并應(yīng)用于TKA6916型數(shù)控落地銑,、銼床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化上,取得了一定的成果,。北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院對五軸加工中心進(jìn)行開發(fā),,采用大型通用軟件ANSYS,對機(jī)床主要部件進(jìn)行運(yùn)動學(xué),、動力學(xué)和熱力學(xué)分析,,取得了一定的成效。浙江工業(yè)大學(xué)的王金生等人針對某型號XK717數(shù)控銑床,,應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS對機(jī)床整機(jī)進(jìn)行熱特性分析,,分析冷卻水的流量和預(yù)緊力對主軸軸承溫升的影響規(guī)律,為數(shù)控銑床的設(shè)計提供了理論依據(jù),。但是這些研究是基于機(jī)床模型進(jìn)行的,,對雙面數(shù)控鏜孔專用機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一定的簡化,而且在熱源上也不是完全按照實(shí)際情況進(jìn)行模擬,、實(shí)驗(yàn),,還并不能完全真實(shí)的反映出機(jī)床工作時的實(shí)際情況,但對機(jī)床的優(yōu)化設(shè)計有很好的指導(dǎo)作用。
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