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1、2002年第2期(总第150期)磨床热变形的控制与防止湖南大学衡阳分校(421101)张文玉邹济林摘要本文通过磨床的热变形热源分析及其它在工作状况下对加工精度的影响,从而提出了相应的控制与防止热变形的具体措施。关键词磨床热源、热变形、控制与防止。一、磨床的热变形的热源与传递。相同。一般说来,磨床类机床,其空转达到热平衡的现代的机械产品对零件表面质量要求愈来愈时间为2~3h;在磨床达到热平衡前,机床的几何精高,它要求较低的表面粗糙度、残余应力及表面变质度一直是变化不定,从而影响零件的加工精度。
2、层。但磨床对加工精度影响又极大,特别是精密加加之,磨床的结构特点不同,其受到主要热源也工和大型零件的加工中,热变形所引起的加工零件不相同,热变形对加工精度的影响也不相同。所产生的误差,有时占总全部误差70%。随着现代二、磨床的热变形及对加工精度的影响机械加工技术的发展,磨削精密加工大多数是机械磨床其主要热源是液压系统和高速磨头的摩擦加工的最终工序,用来获得最终加工精度与表面质热,以及冷却液带来的磨削热。量。高精度、高品位化、高效率以及系统自动化是磨砂轮架的发热,会使砂轮主轴膨胀、伸长、位移。床高机能化
3、的目标,研究与探讨磨床的热变形具有主轴的热伸长,在螺纹磨床上会直接影响加工工件巨大的现实意义,也正是本文的目的。的螺距误差。而在齿轮磨床上直接影响齿轮周节的实验证明:磨床工作时,会受到多种多样的热源误差。前、后轴承的发热不均匀时,会引起主轴的母的影响:线和上母线偏斜,使工件产生几何形状误差和螺旋1、机械动力源的能量损耗转化为热量(如:电动缺陷。严重时将直接影响砂轮主轴的正常工作以至机、油池、油泵装置、液压操纵箱、油压筒等等),从而发生抱轴现象。砂轮架一般要求正常运转2~4h使磨床部件产生热变形。后
4、,其温升不大于202、传动部分产生的摩擦热(如:轴承副、导轨副等等),并通过润滑油将热量散开,特别是床身导轨弯曲变形。3、磨削热:当磨屑和冷却液落在机床各部件上,其热量传出,也会使机床各部件产生相应的热变形。4、环境热:(如:室温变化、阳光照射、取暖装置等等),同样也可使磨床各部件受热不均匀,引起热变形。但是,当磨床在工作时,受到上述各种热源的影响,加之各种精密机床的结构复杂性、各部件受到热各不相同,从而形成了不同的温度场,使机床各部件之间的相对位置发生了变化,破坏了机床原有精度,加快运动件的磨损,
5、从而造成加工工件的加工误差。图1头架主轴因热变形成的位移与此同时,磨床,它们各部件的体积不相同,尺与此同时,而磨床的头架,经过一段时间的运转寸差异大,热容量也不相同,达到热平衡的时间也不35精密制造与自动化后,由于运动零件的摩擦和其它原因产生热量,会使被加工工件的精度。由于热源的分布不均匀及热量头架变形。尤其是活顶尖。磨削的头架发热厉散发不相等,从而形成床身各处温变一样。床身上害。发热的结果会使头架主轴中心产生位移;其原下、左右、前后都有存在着温度差。而温度差是床身因是头架壳体的底面以工
6、作台定位,中间由定位头产生的主要原因之一。根据热变规律分析,工件受定位,所以受热后只能向上和向两侧膨胀,从而使主热后的伸长量为:轴中心向上和向砂轮架方向位移。如图1所示。若磨削工件时,仅由头架卡盘支夹,主轴的热位移仅影响工件的尺寸精度,若工件采用头、尾架顶尖顶住磨削时由于尾架发热少,套筒中心几乎不位移,结果头架主轴中心的热位移会使头、尾架顶尖中心的连线与工作台导轨不平行,影响工件的几何精度。一般主轴向上的热位移y、在磨削外锥体工件时,会使锥体母线形成中间凹的双曲线,如图2所示。图4头架热变形后工件
7、磨成锥体L=Lt式中:材料线膨胀系数,L受热部分的长度,t温度差若床身单面受热,在垂直平面内产生弯曲变形,可用下面的近似公式计算:2L=Lt/8H从上式可知:(1)温度差t是造成弯曲变形的根本原因(2)床身热变形量L与受热部分长度L的平图2对外锥体的影响方成正比。当磨削工件内锥孔时,主轴中心的位移(包括头现分析磨床床身导轨热变形及其对加工精度的架中心不等高误差)。既影响工件的锥度,又影响其影响:几何形状精度,使锥孔母线形成中间凸的双曲线。(1)V型导轨在垂直平面
8、内不直度误差:当磨床如图3所示。床身下部设置油池,而大量的油经溢流阀回到油池,油液中的压力油经溢流阀后能量转化为热量,油池温度升高,而床身上部虽有导轨面摩擦热。若工作台运动速度不高,发热量不大,则上升比油池低,则床身导轨变成凹形。若油泵装置的回油管设置油池的左边,故左面温度高,右面温度低,故导轨凹点靠左,否则反之。(2)V形导轨在水平面的不直度误差:床身前面的操纵箱和油池产生的热,使床身在水平面方向发图3对内锥孔的影响生热变形,但因与后床身连接,因而造
