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    本文章實驗分析切削液與內圓磨床熱特性之間的影響關系

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    切削液與內圓磨床熱特性之間的影響關系分析
    2016-12-15

    現在幾乎所有機械制造的生產商都越來越看重機床加工精度這一項,因為現在國內制造行業正處于不斷的發展中,相應的,對組成各機械設備的工件的精度要求也在不斷提高,所以,這就需要使用加工精度更高的機床設備來提高工件的加工精度。通常一臺機床的工作性能主要由靜剛度、動剛度以及熱剛度三大剛度來影響。根據經驗表明,熱變形會引起機床加工誤差的35-75%,這主要是由機床各部件之間的熱膨脹引起的。本文章針對內圓磨床討論切削液對內圓磨床整機的熱特性的影響。

     

    .切削液引起的熱變形

    內圓磨床主要由床身、橋板、滑板、床頭箱、工作臺、底座、磨頭等部件構成。切削液從切削區落下,流過工作臺和床身,從床身豎壁上的出水口流出,通過外接設備再循環到切削區。

    切削液在機床表面流動時,主要和床身以強迫對流換熱的形式進行熱交換,其熱交換程度的強弱用對流換熱系數α來評定。由熱力學知識可知,α與很多因素有關,包括交換面性質、溫差、流體物性等等。切削液流過表面流道的模型可以近似處理為流體流過平板的模型,因此可由努謝爾特準則方程計算對流換熱系數。機床其他表面僅與空間發生自然對流和強迫對流,同樣用努謝爾特準則方程來計算。

    由于切削液是循環利用的,盡管其在流出床身后有一定的冷卻裝置,但長時間工作狀況下其溫度逐漸升高。實際生產中,更長的磨削時間能使得溫度升高更多,因此本文主要針對討論在切削液達到40℃惡劣工作情況下對內圓磨床熱特性的影響。由于床身固定在地面上,底部與地面接觸,地面由于潮濕溫度低于環境溫度,因此約束底部溫度保持20℃不變。當僅考慮切削液時,床身的熱量主要集中在流道附近。其他部分因為無熱量輸入,因此溫度由床身中部向床身兩端呈梯度下降。計算模擬結果見左圖。

           

    由于床身采用地腳螺栓固定在地面上,因此處理模型時將底部完全約束。上面右圖是放大1000倍以后的熱變形位移分布圖,可看出,床身中間部分拱起,使得磨頭和工件主軸部分均呈后仰狀態,從而影響加工精度,變形最大處發生在金剛筆座處。

     

    二.切削液引起的加工誤差

    根據內圓磨床磨削過程的動態尺寸鏈方程式可知,影響熱變形尺寸精度主要有金剛筆尖端熱位移、磨頭軸線熱位移和工件主軸軸線的熱位移。金剛筆在磨削過程中要間斷性地修整砂輪,修整量通過控制系統在磨削進給中得到補償,但由于熱變形量無法獲知,因此帶來了不能準確修整,從結構來看,金剛筆呈現的狀態。由于金剛筆安裝在筆座上面,筆座的變形對筆尖有直接影響,因此金剛筆筆座的位移量即為筆尖的位移量。

     

    三.結論

    1.切削液是影響金剛筆筆座熱變形的主要原因,使得金剛筆產生熱位移,導致修整砂輪時修整不到位,影響內圓磨床整機加工精度。

    2.在內圓磨床熱特性分析中不能忽略切削液的影響。

    3.熱變形是影響高速高精度內圓磨床加工精度的主要原因,其主要通過金剛筆尖端熱位移、磨頭軸線熱位移以及工件主軸軸線的熱位移的共同作用對精度產生影響。



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