cncデジタル制御心走行機の加工過程における温度分布解析

1.自然気候の影響

我が国は面積が広く、大部分の地域は亜熱帯地域にあり、四季折々の温度変化が大きく、1日の温度差の変化も異なる。これにより、室内（例えば職場）の温度への干渉の仕方や程度も異なり、工作機械周辺の温度雰囲気は千差万別である。例えば、長江デルタ地域の季節温度変化範囲は約45℃程度、昼夜温度変化は約5〜12℃である。NC制御走心機加工作業場は一般的に冬は熱供給がなく、夏はエアコンがないが、作業場の通風が良い限り、NC制御走心機加工作業場の温度勾配はあまり変化しない。東北地方では、季節の温度差は60℃に達し、昼夜で約8〜15℃変化する。毎年10月下旬から翌年4月初めまでは暖房期であり、機械加工職場の設計には暖房があり、空気の流通が不足している。職場内外の温度差は50℃に達することができる。そのため、作業場内の冬の温度勾配は非常に複雑で、測定時の室外温度は1.5℃、時間は午前8：15-8：35で、作業場内の温度変化は約3.5℃である。このような職場では、高速精密芯出し機精密工作機械の加工精度は環境温度の影響を大きく受けることになる。

2.周囲環境の影響

数値制御真剣工作機械の周囲環境とは、工作機械の近距離範囲における各種レイアウトにより形成される熱環境を指す。これらには次の3つの側面が含まれています。

（1）職場の小気候：例えば職場内の温度の分布（垂直方向、水平方向）。昼夜の交替や気候、換気が変化すると、職場の温度は緩やかに変化する。

（2）作業場の熱源：例えば太陽照射、暖房設備と大出力照明ランプの放射など、それらは数値制御工作機械に近い時、直接に長時間工作機械全体或いは一部部品の温度上昇に影響することができる。隣接する機器が運転中に発生する熱は、機械の温度上昇に影響を与えるように振幅射出または空気の流れによって影響を与えます。

（3）放熱：地盤には比較的に良い放熱作用があり、特に精密デジタル制御の真剣な工作機械の地盤は地下の熱供給管に近づかないようにし、一旦破裂して漏れた場合、原因を見つけにくい熱源になる可能性がある、開放された作業場は良い「放熱器」であり、作業場の温度均衡に有利である。

（4）恒温：作業場が恒温施設を採用することは精密真剣工作機械の精度と加工精度を保持するのに効果があるが、エネルギー消費量が大きい。

3.工作機械内部の熱影響要素

（1）真剣式NC工作機械の構造性熱源。主軸モータ、フィードサーボモータ、冷却潤滑ポンプモータ、電気制御ボックスなどのモータの発熱は熱を発生することができる。これらの状況はモータ自体には許容されるが、主軸、ボールねじなどの部品には重大な不利益があり、隔離措置をとるべきである。入力電力がモータを駆動する場合、一部（約20%程度）がモータの熱エネルギーに変換されるほか、大部分は主軸回転、テーブル運動などの運動機構から運動エネルギーに変換される。しかし、ベアリング、ガイドレール、ボールねじ、伝動箱などの機構の発熱などの運動中に摩擦発熱に転化することは避けられない。

（2）プロセスの切削熱。切削過程における工具またはワークの運動エネルギーの一部は切削仕事に消費され、相当部分は切削の変形エネルギーと切削屑と工具間の摩擦熱を転化し、工具、主軸とワークの発熱を形成し、大量の切削屑熱から工作機械のテーブル治具などの部品に伝導される。工具とワークピース間の相対位置に直接影響します。

（3）冷却する。冷却は、電動機冷却、主軸部品冷却、基礎構造物冷却など、心臓走行機の温度上昇に対する逆方向の措置である。ハイエンドの工作機械は往々にして電気制御箱に冷機を調製し、強制冷却を与える。

4.工作機械の構造形態が温度上昇に与える影響

デジタル制御工作機械の熱変形分野で縦断式デジタル制御工作機械の構造形態を討論し、通常は構造形式、品質分布、材料性能と熱源分布などの問題を指す。構造形態は工作機械の温度分布、熱の伝導方向、熱変形方向及び整合などに影響する。

（1）数値制御真剣工作機械の構造形態。全体的な構造の面では、工作機械は縦型、横型、竜門式と片持ち式などがあり、熱に対する応答と安定性に大きな違いがある。例えば、歯車変速の旋盤主軸箱の温度上昇は35℃に達し、主軸端を持ち上げることができ、熱平衡時間は2 h程度必要である。一方、斜床式精密車フライス加工センターでは、工作機械に安定した台座がある。明らかに機械全体の剛性を高め、主軸はサーボモータ駆動を採用し、歯車伝動部分を除去し、その温度上昇は一般的に15℃未満である。

（2）熱源分布の影響。工作機械では一般的に熱源とはモーターを指すと考えられている。スピンドルモータ、フィードモータ、油圧システムなどは、実際には完全ではありません。モータの発熱は負荷を負担する場合にのみ、電機子インピーダンスに電流が消費されるエネルギーであり、軸受、ネジナット、ガイドレールなどの機構の摩擦仕事による発熱に相当するエネルギーが消費される。したがって、モータを一次熱源、軸受、ナット、ガイドレール、切削屑を二次熱源と呼ぶことができる。熱変形は、これらのすべての熱源の総合的な影響の結果である。

5軸NCセンタリングマシン1台がY方向送り運動中に温度上昇と変形した。Y方向送り時にテーブルが動かないため、X方向の熱変形への影響は少ない。ポストにおいて、Y軸のレールねじから遠い点ほど、その温度上昇は小さくなる。

同機がZ軸移動時の場合は、熱源分布が熱変形に与える影響をさらに説明した。Z軸送りはX方向からより遠いため、熱変形の影響はより小さく、コラム上でZ軸モータナットに近いほど、温度上昇及び変形も大きくなる。

（3）質量分布の影響。質量分布が工作機械の熱変形に与える影響には3つの方面がある。1つ目は、質量の大きさと集中度を指し、通常は熱容量と熱伝達の速度を変え、熱平衡に達する時間を変えることを指す、第二に、様々な筋板の配置などの品質の配置形式を変えることにより、構造の熱剛性を高め、同じ温度上昇の場合、熱変形の影響を小さくしたり、相対変形を小さく維持したりする、3つ目は、構造の外部に放熱リブ板を配置するなど、質量配置の形態を変更することにより、工作機械部品の温度上昇を低減することを指す。

（4）材料性能の影響：異なる材料には異なる熱性能パラメータ（比熱、熱伝導率と線膨張係数）があり、同じ熱量の影響の下で、その温度上昇、変形はすべて異なる。