当粗精加工时间间隔较短时,粗加工时的热变形将影响到精加工,工件冷却后将产生加工误差。例如在一台三工位的组合机床上,通过钻 -扩 -铰孔三工位顺序加工套件。工件的尺寸为:外径Φ 440mm,长 40mm,铰孔后内径Φ 20H7,材料为钢材。钻孔时切削用量为: n= 3l 0r/ min, f= 0.36mm /r。钻孔后温升竟达 107℃,接着扩孔和铰孔。当工件冷却后孔的收缩量已超过精度规定值。因此,在这种情况下,一定要采取冷却措施,否则将出现废品。
应当指出,在加工铜、铝等线膨胀系数较大的有色金属时,其热变形尤其明显,必须引起足够的重视。
四、刀具热变形引起的加工误差
切削热虽然大部分被切屑带走或传入工件,传到刀具上的热量不多,但因刀具切削部分质量小 (体积小 ),热容量小,所以刀具切削部的温升大。例如用高速钢刀具车削时,刃部的温度高达 700~ 800℃,刀具热伸长量可达 O.03~ O .05mm。因此对加工精度的影响不容忽略。图 4-28所示为车削时车刀的热变形与切削时间的关系曲线。当车刀连续车削时,车刀变形情况如曲线 l,经过约 l0~ 20min即 f达到热平衡,此时车刀变形的影很小;当车刀停止切削后,车刀冷却变形过程如曲线 3;当车削一批短小轴类零件时,加工由于需要装卸工件而时断时续,车刀进行间断切削,热变形在 A范围内变动,其变形过程如曲线 2。
五、减少工艺系统热变形的主要途径
( 一 )减少发热和隔热
切削中内部热源是机床产生热变形的主要根源。为了减少机床的发热,在新的机床产品中凡是能从主机上分离出去的热源,一般都有分离出去的趋势。如电动机、齿轮箱、液压装置和油箱等已有不少分离出去的实例。对于不能分离出去的热源,如主轴轴承、丝杠副、高速运动的导轨副、摩擦离合器等,可从结构和润滑等方面改善其摩擦特性,减少发热,例如采用静压轴承、静压导轨、低粘度润滑油、锂基润滑脂等。也可以用隔热材料将发热部件和机床大件分隔开来,如图 4-29所示为在磨床砂轮架 3和滑座 6之间加入隔热垫 5,使砂轮架上的热传不到滑座中;在快进油缸 7的活塞杆与进给丝杠副 9之间使用隔热联轴器 8,以防进给油缸中油温的变化影响丝杠。
( 二 )、加强散热能力
为了消除机床内部热源的影响,可以采用强制冷却的办法,吸收热源发出的热量,从而控制机床的温升和热变形,这是近年来使用较多的一种方法。图 4-30所示为一台坐标镗床采用强制冷却的试验结果。曲线 l为没有采用强制冷却时的情况,机床运行 6h后,主轴中心线到工作台的距离产生了 190μm(垂直方向 )的热变形,且尚未达到热平衡。曲线 2为采用了强制冷却后,上述热变形减少到 15μm,且在不到 2h内机床就达到了热平衡,可见强制冷却的效果是非常显著的。
目前,大型数控床机、加工中心机床都普遍使用冷冻机对润滑油和切削液进行强制冷却,以提高冷却的效果。
( 三 )用热补偿法减少热变形的影响
单纯的减少温升有时不能收到满意的效果,可采用热补偿法使机床的温度场比较均匀,从而使机床产生均勾的热变形以减少对加工精度的影响。图 4-31所示为平面磨床采用热空气加热温升较低的立柱后壁,以减少立柱前后壁的温度差而减少立柱的弯曲变形。图中热空气从电动机风扇排出,通过特设的管道引向防护罩和立柱和后壁空间。采用这种措施后,工件端面平行度误差可降低为来的 1/3~ 1/4。
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