Análise da distribuição de temperatura durante o processo de usinagem CNC

1. Impacto do clima natural

A China tem um vasto território, com a maioria das áreas localizadas em regiões subtropicais. A temperatura varia muito ao longo do ano, e a diferença de temperatura dentro de um dia também varia. Portanto, as pessoas têm diferentes maneiras e graus de intervenção na temperatura interna (como oficina), e a atmosfera de temperatura em torno das máquinas-ferramentas varia muito. Por exemplo, a variação sazonal da temperatura na região do Delta do Rio Yangtze é de cerca de 45 ℃, e a variação diurna da temperatura é de cerca de 5-12 ℃. A oficina de usinagem CNC geralmente não tem aquecimento no inverno e ar condicionado no verão, mas enquanto a oficina tiver boa ventilação, o gradiente de temperatura na oficina de usinagem CNC não muda muito. Na região Nordeste, a diferença de temperatura sazonal pode chegar a 60 ℃, e a variação diurna é de cerca de 8-15 ℃. O período de aquecimento é do final de outubro ao início de abril do ano seguinte, e o projeto da oficina de usinagem tem aquecimento, mas circulação de ar insuficiente. A diferença de temperatura entre dentro e fora da oficina pode chegar a 50 ℃. Portanto, o gradiente de temperatura na oficina durante o inverno é muito complexo.Ao medir, a temperatura exterior foi de 1,5 ℃ de 8:15-8:35 am, e a temperatura dentro da oficina mudou em cerca de 3,5 ℃. A precisão de usinagem de máquinas de caminhada de precisão de alta velocidade e máquinas-ferramentas de precisão será muito afetada pela temperatura ambiental em tais oficinas.

2. O impacto do ambiente circundante

O ambiente circundante das máquinas-ferramentas CNC refere-se ao ambiente térmico formado por vários layouts dentro de um alcance próximo da máquina-ferramenta. Incluem os três aspectos seguintes.

(1) Microclima da oficina: tal como a distribuição da temperatura na oficina (direções verticais e horizontais). Quando o dia e a noite alternam ou o clima e a ventilação mudam, a temperatura na oficina mudará lentamente.

(2) As fontes de calor da oficina, tais como radiação solar, equipamento de aquecimento e iluminação de alta potência, podem afetar diretamente o aumento total ou parcial da temperatura da máquina-ferramenta CNC por um longo tempo quando estão perto dele. O calor gerado pelo equipamento adjacente durante a operação afetará o aumento da temperatura da máquina-ferramenta através da radiação ou fluxo de ar.

(3) dissipação de calor: A fundação tem um bom efeito de dissipação de calor, especialmente para máquinas-ferramentas de centralização CNC de precisão. Uma oficina aberta será um grande 'radiador', que é benéfico para o equilíbrio de temperatura na oficina.

(4) Temperatura constante: O uso de instalações de temperatura constante na oficina é muito eficaz em manter a precisão e precisão de usinagem de máquinas-ferramentas de centralização de precisão, mas consome muita energia.

3. Fatores de influência térmica internos de máquinas-ferramentas

(1) Fonte de calor estrutural para máquinas-ferramentas CNC centradas no coração. Motores elétricos como motores de fuso, servo motores de alimentação, motores de bomba de refrigeração e lubrificação e caixas de controle elétrico podem gerar calor. Essas situações são permitidas para o próprio motor, mas têm efeitos adversos significativos em componentes como fuso e parafuso esférico, e medidas devem ser tomadas para isolá-los. Quando a energia elétrica de entrada aciona o motor para operar, exceto por uma pequena porção (cerca de 20%) que é convertida em energia térmica do motor, a maioria será convertida em energia cinética pelo mecanismo de movimento, como rotação do eixo, movimento da mesa de trabalho, etc; No entanto, é inevitável que uma parte considerável do calor gerado durante o movimento seja convertida em calor de fricção, como rolamentos, trilhos guia, parafusos de esferas e caixas de transmissão.

(2) Corte de calor durante o processo de fabricação. Durante o processo de corte, uma parte da energia cinética da ferramenta ou peça de trabalho é consumida como trabalho de corte, enquanto uma parte considerável é convertida em energia de deformação de corte e calor de atrito entre cavacos e a ferramenta, resultando no aquecimento da ferramenta, eixo e peça de trabalho, e uma grande quantidade de calor de cavacos é conduzida para os dispositivos elétricos da mesa de trabalho e outros componentes da máquina-ferramenta. Eles afetarão diretamente a posição relativa entre a ferramenta e a peça de trabalho.

(3) Arrefecimento. O resfriamento é uma medida reversa tomada para lidar com o aumento da temperatura da máquina de andar, como resfriamento do motor elétrico, componentes do eixo e componentes estruturais básicos. As máquinas-ferramentas de ponta geralmente equipam a caixa de controle elétrico com uma unidade de refrigeração para resfriamento forçado.

4. A influência da forma estrutural de máquinas-ferramentas no aumento da temperatura

No campo da deformação térmica de máquinas-ferramentas CNC, discutir a forma estrutural de corte longitudinal máquinas-ferramentas CNC geralmente refere-se a questões como forma estrutural, distribuição de massa, propriedades do material e distribuição de fonte de calor. A forma estrutural afeta a distribuição de temperatura, direção de condução de calor, direção de deformação térmica e correspondência da máquina-ferramenta.

(1) A forma estrutural de máquinas-ferramentas de centralização CNC. Em termos de estrutura geral, as máquinas-ferramentas incluem tipos verticais, horizontais, pórticos e cantilever, que têm diferenças significativas na resposta térmica e estabilidade. Por exemplo, o aumento da temperatura da caixa do eixo de um torno com mudança de engrenagem pode atingir até 35 ℃, fazendo com que a extremidade do eixo levante-se, e o tempo de equilíbrio térmico leva cerca de 2 horas. O centro de usinagem de torneamento e fresamento de precisão tipo cama inclinada tem uma base estável para a máquina-ferramenta. A rigidez de toda a máquina foi significativamente melhorada, e o eixo é acionado por um servo motor. A parte da transmissão da engrenagem foi removida, e o aumento da temperatura é geralmente inferior a 15 ℃.

(2) O impacto da distribuição da fonte de calor. Em máquinas-ferramentas, acredita-se comumente que a fonte de calor se refere ao motor elétrico. Como motores de fuso, motores de alimentação e sistemas hidráulicos, eles são realmente incompletos. O aquecimento de um motor elétrico é apenas a energia consumida pela impedância da armadura durante o rolamento de carga, e uma parte considerável da energia é consumida pelo trabalho de atrito de mecanismos como rolamentos, parafusos, porcas e trilhos guia. Assim, o motor elétrico pode ser chamado de fonte de calor primária, e os rolamentos, porcas, trilhos de guia e cavacos podem ser chamados de fontes de calor secundárias. A deformação térmica é o resultado da influência combinada de todas essas fontes de calor.

Aumento de temperatura e deformação de uma máquina de caminhada CNC de 5 eixos durante o movimento de alimentação do eixo Y. Ao alimentar na direção Y, a mesa de trabalho não se move, por isso tem pouco efeito na deformação térmica na direção X. Na coluna, quanto mais longe do parafuso guia do eixo Y, menor o aumento da temperatura.

A situação da máquina que se move ao longo do eixo Z ilustra ainda mais a influência da distribuição da fonte de calor na deformação térmica. A alimentação do eixo Z está mais longe do eixo X, assim que o impacto da deformação térmica é menor. Quanto mais perto a porca do motor do eixo Z está da coluna, maior o aumento da temperatura e deformação.

(3) O impacto da distribuição da qualidade. A influência da distribuição da qualidade na deformação térmica das máquinas-ferramentas tem três aspectos. Em primeiro lugar, refere-se ao tamanho e concentração de massa, geralmente referindo-se à mudança da capacidade térmica e taxa de transferência de calor, e mudando o tempo para alcançar o equilíbrio térmico; Em segundo lugar, alterando o arranjo de qualidade, como o arranjo de várias placas de reforço, a rigidez térmica da estrutura pode ser melhorada para reduzir a influência da deformação térmica ou manter deformação relativamente pequena sob o mesmo aumento de temperatura; Em terceiro lugar, refere-se à redução do aumento de temperatura dos componentes da máquina-ferramenta alterando a forma de arranjo de qualidade, como organizar nervuras de dissipação de calor fora da estrutura.

(4) A influência das propriedades do material: Diferentes materiais têm diferentes parâmetros de desempenho térmico (calor específico, condutividade térmica e coeficiente de expansão linear), e sob o mesmo calor, seu aumento de temperatura e deformação são diferentes.