影响导轨热变形的主要因素
由于导轨变形影响机床的加工精度,改善导轨的热变形影响将对机床性能改善 非常重要。首先探讨影响导轨变形的主要因素,上一节通过稳态和瞬态温度场分析 了导轨的热变形,但分析时导轨的进给速度和对流换热系数等均设为定值,而实际工况下,这些参数都在变化。所以,由表5-4得到不同的进给速度和不同的对流换 热系数对导轨热变形的影响,进而提出减少横梁系统变形的有效方法。
表5-4不同的进给速度和对流换热系数对导轨最高温度和Y方向热变形的影响
进给速度 |
对流换热系数 |
最高温度 |
Y方向的变形量 |
m/min |
w/(m2-°C) |
°c |
mm |
|
0.5 |
34.432 |
0.158732 |
|
2 |
31.203 |
0.095432 |
|
5 |
29.725 |
0.083665 |
12 |
10 |
28.930 |
0.078425 |
|
20 |
27.420 |
0.075221 |
|
30 |
26.213 |
0.071231 |
|
0.5 |
33.817 |
0.132180 |
|
2 |
30.802 |
0.093471 |
|
5 |
29.132 |
0.082321 |
10 |
10 |
28.365 |
0.077211 |
|
20 |
26.810 |
0.074110 |
|
30 |
25.890 |
0.071002 |
|
0.5 |
31.850 |
0.111327 |
|
2 |
29.675 |
0.090221 |
|
5 |
28.620 |
0.081402 |
8 |
10 |
27.332 |
0.076321 |
|
20 |
26.418 |
0.073521 |
|
30 |
25.221 |
0.070882 |
由图5-16, 5-17可知,进给速度和对流换热系数对导轨的最大温升和热变形量 有不同的影响。当进给速度不变时,随着对流换热系数增大,最大温升和Y方向的 热变形量是减少的趋势。因此,增加对流系数有利于减少横梁导轨的热变形量,从 而提高加工精度;通过对比图表中数据可知,采用合适的冷却方式,增大对流系数, 可以明显的减少热变形和温升。但是当对流换热系数增加到一定值的时候,其值得 增加对最大温升和Y方向的热变量影响不明显;当对流换热系数不变时,随着进给 速度增大,最大温升和Y方向的热变形量是增大的趋势。由于导轨的热变形量较大, 所以,需要合理的诜择对流换热系数和讲给谏度,从而有效的减少热变形和温升。
5.5本章小结
本章首先建立横梁导轨的有限元模型,并对其进行静态分析和补偿,得到变形 曲线和补偿曲线。在此基础上对导轨进行热分析,得到稳态温度场和瞬态温度场, 并将热分析结果与静态分析结果对比,发现温度场变化引起的热变形对于横梁系统 变形的影响不能忽略,并且导轨温度场对结构性能影响较大,热变形产生的误差应 该是加工中需要考虑的误差。最后,分析影响导轨变形的因素,通过合理的选择对 流换热系数和进给速度,从而有效的减少热变形和温升,减少加工过程中的误差, 提高加工精度。
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