數控折彎機的熱變形及減少機床的熱變形的措施

數控折彎機的熱變形及減少機床的熱變形的措施

為了減少數控折彎機的熱變形，在設計時(shí)應采取以下的措施。

1．減少發(fā)熱

機床內部發(fā)熱是產(chǎn)生熱變形的主要熱源，應當盡可能地將熱源從主機中分離出去。目前，大多數數控折彎機的電動(dòng)機、變速箱、液壓裝置及油箱等都已外置。對于不能與主機分離的熱源，如主軸軸承、絲杠螺母副、高速運動(dòng)導軌副等，則必須改善其摩擦特性和潤滑條件，以減少機床內部的發(fā)熱。

主軸部件是直接影響加工精度的關(guān)鍵部件，而主軸上的軸承通常又是一個(gè)很大的內部熱源。在數控折彎機上除了采用精密滾動(dòng)軸承和對軸承進(jìn)行油霧潤滑外，還可采用靜壓軸承，這些措施都有利于降低主軸的溫升。在精密數控折彎機的主軸箱內應盡量避免使用摩擦離合器等發(fā)熱元件。

機床加工時(shí)所產(chǎn)生的切屑也是一個(gè)不可忽視的熱源，產(chǎn)生大量切屑的數控折彎機必須帶有完善的排屑裝置，以便將熱量盡快帶走。也可以在工作臺或導軌上裝設隔熱板，使這部分熱量被隔離在機床之外。在使用切削液的數控折彎機上，切削液冷卻了刀具和工件之后，帶走了切削熱，當它散落在機床的各處時(shí)，也會(huì )產(chǎn)生局部的溫升。精密數控折彎機應控制切削液的溫度，并使切削液迅速地通過(guò)最短途徑從機床中排出。

潤滑油在傳動(dòng)件之間流過(guò)，帶走摩擦熱，使潤滑油池的溫度逐漸升高，成為一個(gè)次生熱源。因此，在一些精密數控折彎機中已把潤滑油池移出機床，當然也可以對油池進(jìn)行溫度控制。

液壓傳動(dòng)系統及其油池是機床上的又一次生熱源。除了盡可能將此油池移出機床之外，油泵的供油量必須選擇得適當，否則大量多余的油液流經(jīng)溢液閥，既浪費了能源又產(chǎn)生很大的熱量。所以對于需要經(jīng)常變化供油量的液壓系統，應盡量采用變量泵。

2．控制溫升

在采取了一系列減少熱源的措施之后，熱變形的情況將有所改善，但要完全消除機床的內外熱源通常是十分困難的，甚至是不可能的，所以必須通過(guò)良好的散熱和冷卻來(lái)控制溫升，以減少熱源的影響。比較有效的方法是在機床的發(fā)熱部位進(jìn)行強制冷卻。目前對于多坐標軸的數控折彎機，由于它在幾個(gè)方向上都要求很高的精度，因此很難用補償的方法來(lái)減少熱變形的影響。對于這類(lèi)機床，采用制冷系統對潤滑液進(jìn)行強制冷卻的方法可以收到良好的效果。但制冷系統的冷卻能力必須適當，如果吸熱量大于機床內部熱源的發(fā)熱能力，將會(huì )使機床的溫度低于環(huán)境溫度，不僅引起收縮，而且濕空氣將會(huì )冷凝在機床表面上而使機床生銹。

除了采用強制冷卻之外，也可以在機床低溫部分通過(guò)加熱的方法，使機床各點(diǎn)的溫度趨于一致，這樣可以保持溫度場(chǎng)的均勻，減少由于溫差造成的翹曲變形。某些較大型的數控折彎機設有加熱器，在加工之前通過(guò)加熱來(lái)縮短機床的預熱時(shí)間，以提高機床的實(shí)際生產(chǎn)率。

3．改善機床結構

在同樣發(fā)熱的條件下，機床結構對熱變形也有很大影響。目前，根據熱對稱(chēng)原則設計的數控折彎機取得了較好的效果。因此，數控折彎機過(guò)去采用的單立柱結構有可能被雙立柱結構所代替。雙立柱結構由于左右對稱(chēng)，受熱后的主軸軸線(xiàn)除產(chǎn)生垂直方向的平移外，其他方向的變形很小，而垂直方向的軸線(xiàn)移動(dòng)可以方便地用一個(gè)坐標的修正量進(jìn)行補償。

數控折彎機中的滾珠絲杠是在預加載荷大、轉速高及散熱差的條件下運行的，因此絲杠極容易發(fā)熱。滾珠絲杠的熱伸長(cháng)所造成的后果是嚴重的，尤其是在開(kāi)環(huán)系統中，它將會(huì )使進(jìn)給系統喪失定位精度。目前，某些機床用預拉的方法來(lái)減少絲杠的熱變形。該方法是在加工滾珠絲杠時(shí)，使螺距略小于名義值，裝配時(shí)對絲杠進(jìn)行預拉伸，使其螺距達到名義值。當絲杠工作而受熱，絲杠中的拉應力補償了熱應力，既減少了熱伸長(cháng)的影響，又提高了絲杠的剛度。

對于采取了上述措施仍不能消除的熱變形，可以根據測量的結果，由數控系統發(fā)出補償脈沖加以修正。例如在主軸箱上測量出主軸軸承前端的熱位移，然后由數控裝置進(jìn)行補償。

另外，也可以采用特殊的調節元件來(lái)消除熱位移。熱調整油缸由刀桿和套筒組成，套筒的材料為熱膨脹系數很小的銦鋼，刀桿和套筒的一端固定連接，另一端可以相對移動(dòng)。當機床發(fā)熱使主軸位置偏移時(shí)，變速箱中的潤滑油也被加熱，并流經(jīng)熱調整油缸，使刀桿受熱伸長(cháng)，沿著(zhù)主軸熱變形的相反方向進(jìn)行自動(dòng)補償。圖中的虛線(xiàn)和實(shí)線(xiàn)分別表示補償前后的熱變形量，由圖可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)補償的熱變形量顯著(zhù)減小。該設計的本身只是解決了一個(gè)具體的熱變形問(wèn)題，但設計者創(chuàng )新的意識值得借鑒。

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