電火花線切割熱變形概念及預(yù)防措施
在工藝過程的自動化和精密加工的發(fā)展對電火花線切割機(jī)床的加工精度和精度穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。電火花線切割機(jī)床在內(nèi)外熱源的影響下，各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，使工件與鉬絲之間的相對運(yùn)動關(guān)系遭到破壞，也使機(jī)床精度下降。在通常情況下，為了使機(jī)床的熱變形達(dá)到穩(wěn)定的數(shù)值，需要花費(fèi)很多時間來預(yù)熱機(jī)床，這就直接影響了機(jī)床的生產(chǎn)率。對于數(shù)控電火花線切割機(jī)床來說，因為全部加工尺寸是由預(yù)先編制的指令控制的，熱變形的影響就更為嚴(yán)重。
線切割機(jī)床產(chǎn)生熱變形的原因主要是熱源及機(jī)床各部分的溫差。熱源通常包括加工中的切屑、運(yùn)轉(zhuǎn)的電動機(jī)、液壓系統(tǒng)、傳動件的摩擦以及機(jī)床外部的熱輻射等。除了熱源及溫差以外，機(jī)床零件的材料、結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸的不一致也是產(chǎn)生熱變形的重要因素。
為了減少數(shù)控線切割機(jī)床的熱變形，在設(shè)計時應(yīng)采取以下的措施。
1．減少發(fā)熱
電火花線切割機(jī)床內(nèi)部發(fā)熱是產(chǎn)生熱變形的主要熱源，應(yīng)當(dāng)盡可能地將熱源從主機(jī)中分離出去。目前，大多數(shù)數(shù)控線切割機(jī)床的電動機(jī)、變速箱、液壓裝置及油箱等都已外置。對于不能與主機(jī)分離的熱源，如主軸軸承、絲杠螺母副、高速運(yùn)動導(dǎo)軌副等，則必須改善其摩擦特性和潤滑條件，以減少機(jī)床內(nèi)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很大的內(nèi)部熱源。在數(shù)控機(jī)床上除了采用精密滾動軸承和對軸承進(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(shù)控機(jī)床的主軸箱內(nèi)應(yīng)盡量避免使用摩擦離合器等發(fā)熱元件。
數(shù)控電火花線切割機(jī)床加工時所產(chǎn)生的切屑也是一個不可忽視的熱源，產(chǎn)生大量切屑的數(shù)控線切割機(jī)床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?qū)к壣涎b設(shè)隔熱板，使這部分熱量被隔離在機(jī)床之外。在使用切削液的數(shù)控機(jī)床上，切削液冷卻了刀具和工件之后，帶走了切削熱，當(dāng)它散落在機(jī)床的各處時，也會產(chǎn)生局部的溫升。精密數(shù)控機(jī)床應(yīng)控制切削液的溫度，并使切削液迅速地通過最短途徑從機(jī)床中排出。
潤滑油在傳動件之間流過，帶走摩擦熱，使?jié)櫥统氐臏囟戎饾u升高，成為一個次生熱源。因此，在一些精密數(shù)控線切割機(jī)床中已把潤滑油池移出機(jī)床，當(dāng)然也可以對油池進(jìn)行溫度控制。
液壓傳動系統(tǒng)及其油池是機(jī)床上的又一次生熱源。除了盡可能將此油池移出機(jī)床之外，油泵的供油量必須選擇得適當(dāng)，否則大量多余的油液流經(jīng)溢液閥，既浪費(fèi)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(tǒng)，應(yīng)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，但要完全消除線切割機(jī)床的內(nèi)外熱源通常是十分困難的，甚至是不可能的，所以必須通過良好的散熱和冷卻來控制溫升，以減少熱源的影響。比較有效的方法是在機(jī)床的發(fā)熱部位進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。目前對于多坐標(biāo)軸的數(shù)控機(jī)床，由于它在幾個方向上都要求很高的精度，因此很難用補(bǔ)償?shù)姆椒▉頊p少熱變形的影響。對于這類機(jī)床，采用制冷系統(tǒng)對潤滑液進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的方法可以收到良好的效果。但制冷系統(tǒng)的冷卻能力必須適當(dāng)，如果吸熱量大于機(jī)床內(nèi)部熱源的發(fā)熱能力，將會使機(jī)床的溫度低于環(huán)境溫度，不僅引起收縮，而且濕空氣將會冷凝在機(jī)床表面上而使機(jī)床生銹。
除了采用強(qiáng)制冷卻之外，也可以在機(jī)床低溫部分通過加熱的方法，使機(jī)床各點(diǎn)的溫度趨于一致，這樣可以保持溫度場的均勻，減少由于溫差造成的翹曲變形。一些較大型的數(shù)控線切割機(jī)床設(shè)有加熱器，在加工之前通過加熱來縮短機(jī)床的預(yù)熱時間，以提高機(jī)床的實(shí)際生產(chǎn)率。
3．改善機(jī)床結(jié)構(gòu)
在同樣發(fā)熱的條件下，機(jī)床結(jié)構(gòu)對熱變形也有很大影響。目前，根據(jù)熱對稱原則設(shè)計的數(shù)控線切割機(jī)床取得了較好的效果。因此，數(shù)控線切割機(jī)床過去采用的單立柱結(jié)構(gòu)有可能被雙立柱結(jié)構(gòu)所代替。雙立柱結(jié)構(gòu)由于左右對稱，受熱后的主軸軸線除產(chǎn)生垂直方向的平移外，其他方向的變形很小，而垂直方向的軸線移動可以方便地用一個坐標(biāo)的修正量進(jìn)行補(bǔ)償。
數(shù)控線切割機(jī)床中的滾珠絲杠是在預(yù)加載荷大、轉(zhuǎn)速高及散熱差的條件下運(yùn)行的，因此絲杠極容易發(fā)熱。滾珠絲杠的熱伸長所造成的后果是嚴(yán)重的，尤其是在開環(huán)系統(tǒng)中，它將會使進(jìn)給系統(tǒng)喪失定位精度。目前，某些機(jī)床用預(yù)拉的方法來減少絲杠的熱變形。該方法是在加工滾珠絲杠時，使螺距略小于名義值，裝配時對絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸，使其螺距達(dá)到名義值。當(dāng)絲杠工作而受熱，絲杠中的拉應(yīng)力補(bǔ)償了熱應(yīng)力，既減少了熱伸長的影響，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(jù)測量的結(jié)果，由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出補(bǔ)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(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)償。
另外，也可以采用特殊的調(diào)節(jié)元件來消除熱位移。
注：本文僅供參考，讀者借鑒。
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