1. Auswirkungen des natürlichen Klimas

China hat ein riesiges Territorium, wobei die meisten Gebiete in subtropischen Regionen liegen. Die Temperatur variiert das ganze Jahr über stark, und auch der Temperaturunterschied innerhalb eines Tages variiert. Daher haben Menschen unterschiedliche Wege und Grade der Intervention in Innentemperatur (wie Werkstatt) und die Temperaturatmosphäre um Werkzeugmaschinen variiert stark. Zum Beispiel liegt der jahreszeitliche Temperaturschwankungsbereich in der Region Yangtze River Delta etwa 45 ℃, und die täglichen Temperaturschwankungen sind etwa 5-12 ℃. Die CNC-Bearbeitungswerkstatt hat im Allgemeinen keine Heizung im Winter und Klimaanlage im Sommer, aber solange die Werkstatt eine gute Belüftung hat, ändert sich der Temperaturverlauf in der CNC-Bearbeitungswerkstatt nicht viel. In der Nordostregion kann der saisonale Temperaturunterschied 60 ℃ erreichen, und die tägliche Variation ist etwa 8-15 ℃. Die Heizperiode ist von Ende Oktober bis Anfang April des folgenden Jahres, und die Konstruktion der Bearbeitungswerkstatt hat Heizung, aber unzureichende Luftzirkulation. Der Temperaturunterschied zwischen innen und außen der Werkstatt kann 50 ℃ erreichen. Daher ist der Temperaturgradient in der Werkstatt während des Winters sehr komplex.Beim Messen war die Außentemperatur 1.5 ℃ von 8:15-8:35 am, und die Temperatur innerhalb der Werkstatt geändert durch ungefähr 3.5 ℃. Die Bearbeitungsgenauigkeit von Hochgeschwindigkeits-Präzisionslaufmaschinen und Präzisionsmaschinen wird in solchen Werkstätten stark durch die Umgebungstemperatur beeinflusst.

2. Auswirkungen der Umwelt

Die Umgebung von CNC-Werkzeugmaschinen bezieht sich auf die thermische Umgebung, die durch verschiedene Layouts innerhalb eines engen Bereichs der Werkzeugmaschine gebildet wird. Sie umfassen die folgenden drei Aspekte.

(1) Werkstattmikroklima: wie die Temperaturverteilung in der Werkstatt (vertikale und horizontale Richtung). Wenn sich Tag und Nacht abwechseln oder Klima und Lüftung ändern, ändert sich die Temperatur in der Werkstatt langsam.

(2) Werkstattwärmequellen, wie Sonneneinstrahlung, Heizgeräte und Hochleistungsbeleuchtung, können den Gesamt- oder Teiltemperaturanstieg der CNC-Werkzeugmaschine für eine lange Zeit direkt beeinflussen, wenn sie in der Nähe sind. Die Wärme, die von benachbarten Geräten während des Betriebs erzeugt wird, beeinflusst den Temperaturanstieg der Werkzeugmaschine durch Strahlung oder Luftstrom.

(3) Wärmeableitung: Das Fundament hat einen guten Wärmeableitungseffekt, besonders für Präzisions-CNC-Zentriermaschinen. Das Fundament sollte nicht in der Nähe von unterirdischen Heizungsrohrleitungen sein. Sobald es bricht und undicht, kann es schwierig werden, die Ursache der Wärmequelle zu finden; Eine offene Werkstatt wird ein großartiger "Heizkörper" sein, der für den Temperaturausgleich in der Werkstatt vorteilhaft ist.

(4) Konstante Temperatur: Die Verwendung von Anlagen mit konstanter Temperatur in der Werkstatt ist sehr effektiv bei der Aufrechterhaltung der Genauigkeit und Bearbeitungspräzision von Präzisionszentriermaschinen, aber es verbraucht viel Energie.

3. Interne thermische Einflussfaktoren von Werkzeugmaschinen

(1) Strukturelle Wärmequelle für herzzentrierte CNC-Werkzeugmaschinen. Elektromotoren wie Spindelmotoren, Speiseservomotoren, Kühl- und Schmierpumpenmotoren und elektrische Steuerkästen können Wärme erzeugen. Diese Situationen sind für den Motor selbst zulässig, haben aber erhebliche nachteilige Auswirkungen auf Komponenten wie Spindel und Kugelgewinde, und es sollten Maßnahmen ergriffen werden, um sie zu isolieren. Wenn die elektrische Eingangsenergie den Motor antreibt, mit Ausnahme eines kleinen Teils (etwa 20%) der in Motorwärmeenergie umgewandelt wird, wird der größte Teil davon durch den Bewegungsmechanismus in kinetische Energie umgewandelt, wie Spindeldrehung, Arbeitstischbewegung usw. Es ist jedoch unvermeidlich, dass ein erheblicher Teil der während der Bewegung erzeugten Wärme in Reibungswärme umgewandelt wird, wie Lager, Führungsschienen, Kugelgewindetriebe und Getriebekästen.

(2) Schneidwärme während des Herstellungsprozesses. Während des Schneidvorgangs wird ein Teil der kinetischen Energie des Werkzeugs oder Werkstücks als Schneidarbeit verbraucht, während ein beträchtlicher Teil in Verformungsenergie des Schneidens und Reibungswärme zwischen Spänen und dem Werkzeug umgewandelt wird, was zu einer Erwärmung des Werkzeugs, der Spindel und des Werkstücks führt, und eine große Menge an Spanwärme wird zu den Arbeitstischvorrichtungen und anderen Komponenten der Werkzeugmaschine geleitet. Sie beeinflussen direkt die relative Position zwischen Werkzeug und Werkstück.

(3) Kühlung. Die Kühlung ist eine umgekehrte Maßnahme, um den Temperaturanstieg der Laufmaschine anzugehen, wie die Kühlung des Elektromotors, der Spindelkomponenten und der grundlegenden Strukturkomponenten. High-End-Werkzeugmaschinen statten die elektrische Steuerbox häufig mit einer Kühleinheit zur Zwangskühlung aus.

4. Der Einfluss der strukturellen Form von Werkzeugmaschinen auf den Temperaturanstieg

Im Bereich der thermischen Verformung von CNC-Werkzeugmaschinen bezieht sich die Diskussion der strukturellen Form von Längsschnitt-CNC-Werkzeugmaschinen in der Regel auf Fragen wie Strukturform, Massenverteilung, Materialeigenschaften und Wärmequellenverteilung. Die strukturelle Form beeinflusst die Temperaturverteilung, Wärmeleitungsrichtung, thermische Verformungsrichtung und Anpassung der Werkzeugmaschine.

(1) Die strukturelle Form der CNC zentrierenden Werkzeugmaschinen. In Bezug auf die Gesamtstruktur umfassen Werkzeugmaschinen vertikale, horizontale, Portal- und Kragarmtypen, die erhebliche Unterschiede in der thermischen Reaktion und Stabilität aufweisen. Zum Beispiel kann der Temperaturanstieg des Spindelkastens einer Drehmaschine mit Gangschaltung bis zu 35 ℃ erreichen, wodurch das Spindelende angehoben wird, und die thermische Gleichgewichtszeit dauert etwa 2 Stunden. Das Schrägbett-Präzisions-Dreh- und Fräsbearbeitungszentrum hat eine stabile Basis für die Werkzeugmaschine. Die Steifigkeit der gesamten Maschine wurde erheblich verbessert, und die Spindel wird von einem Servomotor angetrieben. Das Getriebegetriebeteil wurde entfernt, und der Temperaturanstieg ist im Allgemeinen weniger als 15 ℃.

(2) Auswirkungen der Verteilung der Wärmequellen. Bei Werkzeugmaschinen wird allgemein angenommen, dass sich die Wärmequelle auf den Elektromotor bezieht. Wie Spindelmotoren, Vorschubmotoren und Hydrauliksysteme sind sie eigentlich unvollständig. Die Erwärmung eines Elektromotors ist nur die Energie, die die Ankerwiderstanz während der Belastung verbraucht, und ein beträchtlicher Teil der Energie wird durch die Reibungsarbeit von Mechanismen wie Lagern, Schrauben, Muttern und Führungsschienen verbraucht. So kann der Elektromotor eine primäre Wärmequelle genannt werden, und die Lager, Muttern, Führungsschienen und Späne können sekundäre Wärmequellen genannt werden. Die thermische Verformung ist das Ergebnis des kombinierten Einflusses all dieser Wärmequellen.

Temperaturanstieg und Verformung einer 5-Achs CNC-Gehmaschine während der Y-Achse Vorschubbewegung. Bei der Zuführung in Y-Richtung bewegt sich der Arbeitstisch nicht, so dass er wenig Einfluss auf die thermische Verformung in X-Richtung hat. An der Säule, je weiter weg von der Y-Achse Führungsschraube, desto geringer der Temperaturanstieg.

Die Situation der Maschine, die sich entlang der Z-Achse bewegt, verdeutlicht den Einfluss der Wärmequellenverteilung auf die thermische Verformung. Die Z-Achse ist weiter weg von der X-Achse, so dass die Auswirkung der thermischen Verformung kleiner ist. Je näher die Z-Achse Motormutter an der Säule ist, desto größer der Temperaturanstieg und die Verformung.

(3) Auswirkungen der Qualitätsverteilung. Der Einfluss der Qualitätsverteilung auf die thermische Verformung von Werkzeugmaschinen hat drei Aspekte. Erstens bezieht es sich auf die Größe und Konzentration der Masse, normalerweise bezieht es sich auf die Änderung der Wärmekapazität und Wärmeübertragungsgeschwindigkeit und die Änderung der Zeit, um das thermische Gleichgewicht zu erreichen; Zweitens kann durch Ändern der Anordnung der Qualität, wie die Anordnung verschiedener Verstärkungsplatten, die thermische Steifigkeit der Struktur verbessert werden, um den Einfluss der thermischen Verformung zu verringern oder verhältnismäßig kleine Verformung bei demselben Temperaturanstieg beizubehalten; Drittens bezieht es sich auf die Verringerung des Temperaturanstiegs von Werkzeugmaschinenkomponenten, indem die Form der Qualitätsanordnung geändert wird, wie etwa die Anordnung von Wärmeableitungsrippen außerhalb der Struktur.

(4) Der Einfluss der Materialeigenschaften: Verschiedene Materialien haben unterschiedliche thermische Leistungsparameter (spezifische Wärme, Wärmeleitfähigkeit und Koeffizient der linearen Ausdehnung), und unter der gleichen Hitze sind ihr Temperaturanstieg und ihre Verformung unterschiedlich.