Тепловые деформации станочного оборудования

Точность деталей и надежность элементов технологической системы (ТС) зависит от температурных полей и вызванных ими тепловых деформаций в узлах и механизмах оборудования. Изучение тепловых процессов в узлах технологического оборудования и отыскание путей управления этими процессами привлекает все большее внимание конструкторов, технологов и исследователей, поскольку требования к точности изделий и надежности работы станочного оборудования непрерывно возрастают.

Анализ тепловых явлений в технологическом оборудовании состоит из трех этапов: определение мощности источников тепловыделения; расчет или экспериментальное определение температурных полей в узлах и элементах конструкции оборудования; расчет или экспериментальное определение термических деформаций узлов и определение их влияния на точность взаимного расположения инструмента и заготовки, а также на работу механизмов станка.

Для упрощения решения задачи об оценке влияния температурных деформаций на точность обработки обычно рассматривают два периода в работе станка: от начала пуска станка до достижения теплового равновесия, соответствующий нестационарному тепловому состоянию системы, и от момента теплового равновесия до окончания обработки - стационарное тепловое состояние. Температурные деформации узлов станка определяются их конструкцией, характером нагрева и т. п.

Общий порядок расчета включает следующие основные этапы.

Определение мощности источников тепловыделения, например для вращающихся деталей (в подшипниках):

, (17.1)

где М-момент трения подшипника; n- частота вращения.

Определение плотности теплового потока q исходя из мощности тепловыделения Q и размеров детали:

, (17.3)

Определение температуры θ исходя из плотности q и теплофизических характеристик материала и времени действия теплоты:

, (17.4)

где , , Q0- мощность тепловыделения при температуре масла, равной условному нулю( температуре окружающей среды); t- время распространения теплоты; l1 и w1- теплофизические характеристики материала вала; d- диаметр вала; l- длина втулки; b- коэффициент, характеризующий отношение мощности теплового потока, поступающего в вал, ко всей мощности Q; LB- коэффициент формы втулки и вала; р- периметр подшипника; (сr)с- теплостойкость смазки; W - расход смазки.

С учетом расчетов температуры определяются температурные деформации в деталях и узлах станков, в том числе в станинах, стойках, коробках и т.д. Например, для плоскошлифовального станка с вертикальным шпинделем (рис. 17.1) наиболее нагретыми узлами являются шпиндельная бабка 2, станина 5 и стол 4. Под действием тепловых потоков q1 и q2 произойдет деформирование стойки 1 и изменение положения круга 3 относительно стола 4. Плотности тепловых потоков q1 и q2 рассчитывается путем независимого рассмотрения теплообмена в бабке и станине.



Температурные деформации узлов станков под воздействием внутренних источников могут достигать значительных величин. Например, разность температур шпиндельной бабке может быть до 10…150 (рис. 3,69, а), а смещение шпинделя в вертикальной и горизонтальной плоскостях - несколько сотых долей миллиметра. Температура валов и шпинделей обычно на 30 - 40% выше средней температуры корпуса, в котором они смонтированы.

Существенное влияние на температурные деформации станка оказывает окружающая среда и внешние источники теплоты. Например, нагрев солнечными лучами бабки круглошлифовального станка в течение двух часов приводит к отклонению от прямолинейности перемещений стола на 4…5 мкм. Аналогичное воздействие могут оказывать стоящие рядом станки или установки, имеющие мощные источники теплоты. Для уменьшения этого влияния наиболее эффективна установка оборудования в термоконстантных помещениях.


6600026658658863.html
6600072590107045.html
    PR.RU™