1. Konsekvenser av naturligt klimat

Kina har ett stort territorium, med de flesta områden belägna i subtropiska regioner, temperaturen varierar kraftigt under året och temperaturskillnaden inom en dag varierar också. Därför har människor olika sätt och grader av intervention i inomhustemperatur (till exempel verkstadstemperatur), och temperaturatmosfären runt verktygsmaskiner varierar kraftigt. Till exempel är säsongens temperaturvariationsområde i Yangtze River Delta regionen cirka 45 ℃, och dagstemperaturvariationen är cirka 5-12 ℃. CNC-bearbetningsverksamheten har i allmänhet inte uppvärmning på vintern och luftkonditionering på sommaren, men så länge verkstaden har god ventilation ändras temperaturgradienten i CNC-bearbetningsverksamheten inte mycket. I nordöstra regionen kan säsongens temperaturskillnad nå 60 ℃, och den dagliga variationen är cirka 8-15 ℃. Uppvärmningsperioden är från slutet av oktober till början av april följande år, och konstruktionen av maskinverkstaden har värme men otillräcklig luftcirkulation. Temperaturskillnaden mellan inne och utanför verkstaden kan nå 50 ℃. Därför är temperaturgradienten i verkstaden under vintern mycket komplex.Vid mätning var utomhustemperaturen 1,5 ℃ från 8:15-8:35 och temperaturen inne i verkstaden ändrades med cirka 3,5 ℃. Bearbetningsnoggrannheten hos snabba precisionsgångmaskiner och precisionsverktygsmaskiner kommer att påverkas kraftigt av miljötemperaturen i sådana verkstäder.

2. Inverkan av den omgivande miljön

Den omgivande miljön för CNC-verktygsmaskiner hänvisar till den termiska miljön som bildas av olika layouter inom ett nära område av verktygsmaskinen. De omfattar följande tre aspekter:

(1) Workshop mikroklimat: såsom fördelningen av temperaturen i verkstaden (vertikala och horisontella riktningar). När dag och natt skiftar eller klimatet och ventilationen förändras förändras temperaturen i verkstaden långsamt.

(2) Workshop värmekällor, såsom solstrålning, värmeutrustning och högeffektsbelysning, kan direkt påverka CNC-verktygsmaskinens totala eller partiella temperaturhöjning under lång tid när de är nära den. Värmen som genereras av intilliggande utrustning under drift påverkar verktygsmaskinens temperaturökning genom strålning eller luftflöde.

(3) värmeavledning: Grunden har en god värmeavledningseffekt, särskilt för precisionsCNC-centreringsmaskiner. Grunden bör inte vara nära underjordiska värmeledningar. När den spricker och läcker, kan det bli svårt att hitta orsaken till värmekällan. En öppen verkstad blir en stor "radiator", vilket är fördelaktigt för temperaturbalansen i verkstaden.

(4) Konstant temperatur: Användningen av anläggningar för konstant temperatur i verkstaden är mycket effektiv för att upprätthålla noggrannheten och bearbetningsprecisionen hos precisionscentreringsmaskiner, men det förbrukar mycket energi.

3. Inre värmepåverkande faktorer hos verktygsmaskiner

(1) Strukturell värmekälla för hjärtcentrerad CNC verktygsmaskiner. Elektriska motorer som spindelmotorer, matningsservomotorer, kyl- och smörjpumpsmotorer och elektriska styrsystem kan alla generera värme. Dessa situationer är tillåtna för motorn själv, men de har betydande negativa effekter på komponenter som spindel och kulskruv, och åtgärder bör vidtas för att isolera dem. När den inmatade elektriska energin driver motorn att fungera, med undantag för en liten del (cirka 20%) som omvandlas till motorns värmeenergi, kommer det mesta av den att omvandlas till kinetisk energi av rörelsemekanismen, såsom spindelrotation, arbetsbordsrörelse etc. Det är dock oundvikligt att en betydande del av värmen som genereras under rörelse omvandlas till friktionsvärme, såsom lager, styrskenor, kulskruvar och transmissionslådor.

(2) Skärning av värme under tillverkningsprocessen. Under skärprocessen förbrukas en del av verktyget eller arbetsstyckets kinetiska energi som skärarbete, medan en betydande del omvandlas till deformationsenergi av skärning och friktionsvärme mellan spån och verktyget, vilket resulterar i uppvärmning av verktyg, spindel och arbetsstycke, och en stor mängd spånvärme leds till arbetsbordsfixturer och andra komponenter i verktygsmaskinen. De påverkar direkt den relativa positionen mellan verktyget och arbetsstycket.

(3) Kylning. Kylning är en omvänd åtgärd som vidtas för att åtgärda temperaturhöjningen av gångmaskinen, såsom kylning av elmotorn, spindelkomponenter och grundläggande strukturella komponenter. Högkvalitativa verktygsmaskiner utrustar ofta den elektriska kontrollboxen med en kylenhet för tvångskylning.

4. Den strukturella formen av verktygsmaskiner påverkar temperaturökningen

När det gäller termisk deformation av CNC-verktygsmaskiner hänvisar diskussionen om strukturell form av longitudinell skärning CNC-verktygsmaskiner vanligtvis till frågor som strukturell form, massfördelning, materialegenskaper och värmekällefördelning. Den strukturella formen påverkar temperaturfördelningen, värmeledningsriktningen, termisk deformationsriktning och matchning av verktygsmaskinen.

(1) Den strukturella formen av CNC centrering maskinverktyg. När det gäller den övergripande strukturen omfattar verktygsmaskiner vertikala, horisontella, portaler och cantilever typer, som har betydande skillnader i termisk respons och stabilitet. Till exempel kan temperaturökningen av spindelboxen på en svarv med växling nå upp till 35 ℃, vilket får spindeländen att lyfta upp och den termiska jämviktstiden tar cirka 2 timmar. Den lutande bäddtypen precisionssvarvning och fräsning bearbetningscenter har en stabil bas för verktygsmaskinen. Hela maskinens styvhet har förbättrats avsevärt och spindeln drivs av en servomotor. Växellådsdelen har tagits bort och temperaturökningen är generellt mindre än 15 ℃.

(2) Effekterna av fördelningen av värmekällor. På verktygsmaskiner anses det allmänt att värmekällan refererar till elmotorn. Som spindelmotorer, matningsmotorer och hydraulsystem är de faktiskt ofullständiga. Uppvärmningen av en elmotor är endast den energi som förbrukas av armaturimpedansen under bärning, och en betydande del av energin förbrukas av friktionsarbete av mekanismer som lager, skruvar, muttrar och styrskenor. Så elmotorn kan kallas en primär värmekälla, och lager, muttrar, styrskenor och spån kan kallas sekundära värmekällor. Termisk deformation är resultatet av den kombinerade påverkan av alla dessa värmekällor.

Temperaturhöjning och deformation av en 5-axlig CNC-gångmaskin under Y-axlig matning rörelse. Vid matning i Y-riktningen rör sig arbetsbordet inte, så det har liten effekt på termisk deformation i X-riktningen. På pelaren, ju längre bort från Y-axelns styrskruv, desto mindre temperaturhöjning.

Situationen när maskinen rör sig längs Z-axeln illustrerar ytterligare värmekällefördelningens påverkan på termisk deformation. Z-axelns matning ligger längre bort från X-axeln, så effekten av termisk deformation är mindre.Ju närmare Z-axelns motormutter är till kolumnen, desto större temperaturökning och deformation.

(3) Effekterna av kvalitetsfördelningen. Kvalitetsfördelningens påverkan på den termiska deformationen av verktygsmaskiner har tre aspekter. För det första hänvisar det till massans storlek och koncentration, vanligtvis till att ändra värmekapaciteten och värmeöverföringshastigheten och ändra tiden för att nå termisk jämvikt. För det andra, genom att ändra arrangemanget av kvalitet, såsom arrangemanget av olika förstärkningsplattor, kan strukturens termiska styvhet förbättras för att minska påverkan av termisk deformation eller upprätthålla relativt liten deformation under samma temperaturökning. För det tredje hänvisar det till att minska temperaturökningen för verktygsmaskinkomponenter genom att ändra formen av kvalitetsarrangemang, såsom att ordna värmeavledningsrubbar utanför strukturen.

(4) Påverkan av materialegenskaper: Olika material har olika värmeprestandaparametrar (specifik värme, värmeledningsförmåga och linjär expansionskoefficient), och under samma värme är deras temperaturökning och deformation olika.