ما هو تأثير درجة الحرارة على الدقة في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي؟
يعد التشوه الحراري أحد الأسباب التي تؤثر على دقة المعالجة.تتأثر أداة الآلة بالتغير في درجة حرارة بيئة ورشة العمل ، وتسخين المحرك واحتكاك الحركة الميكانيكية ، وحرارة القطع ووسط التبريد ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة غير المتكافئ لكل جزء من أداة الآلة ، مما يؤدي إلى في تغيير دقة الشكل ودقة التصنيع لأداة الماكينة.على سبيل المثال ، تتم معالجة 70 مم على آلة طحن CNC عادية بدقة × لولب 1650 مم ، الخطأ التراكمي لقطع العمل المطحونة من 7:30 إلى 9:00 صباحًا يمكن أن يصل إلى 85 مترًا مقارنة بقطع العمل المعالجة من 2:00 إلى 3:30 في فترة ما بعد الظهر.ولكن في ظل درجة حرارة ثابتة ، يمكن تقليل الخطأ إلى 40 مترًا.
مثال آخر هو آلة طحن ذات نهاية مزدوجة دقيقة تستخدم لطحن مزدوج من قطع عمل صفائح فولاذية رفيعة بسمك 0.6-3.5 مم ، والتي يمكنها معالجة 200 مم في وقت القبول × 25 مم × يمكن أن تصل قطعة عمل الألواح الفولاذية 1.08 مم إلى دقة الأبعاد مم ، ودرجة الانحناء أقل من 5 أمتار في الطول الكامل.ومع ذلك ، بعد الطحن الأوتوماتيكي المستمر لمدة ساعة واحدة ، زاد نطاق تغيير الحجم إلى 12 مترًا ، وزادت درجة حرارة سائل التبريد من 17 درجة مئوية عند بدء التشغيل إلى 45 درجة مئوية.نظرًا لتأثير حرارة الطحن ، يتم إطالة مجلة العمود الرئيسي وزيادة خلوص المحمل الأمامي للعمود الرئيسي.لذلك ، تمت إضافة ثلاجة 5.5 كيلو وات إلى خزان سائل التبريد الخاص بأداة الماكينة ، والتأثير مثالي للغاية.لقد ثبت أن تشوه أداة الآلة بعد التسخين عامل مهم يؤثر على دقة التصنيع.ومع ذلك ، فإن أداة الآلة في بيئة تتغير فيها درجة الحرارة في أي وقت ؛ستستهلك أداة الآلة نفسها الطاقة حتماً عند العمل ، وسيتم تحويل جزء كبير من هذه الطاقة إلى حرارة بطرق مختلفة ، مما يؤدي إلى تغييرات فيزيائية لمكونات مختلفة لأداة الآلة.تختلف هذه التغييرات بشكل كبير بسبب الأشكال والمواد الهيكلية المختلفة.يجب على مصممي الأدوات الآلية إتقان آلية التكوين وقانون توزيع درجة الحرارة للحرارة واتخاذ التدابير المقابلة لتقليل تأثير التشوه الحراري على دقة المعالجة إلى Z.
التصنيع باستخدام الحاسب الآلي
يؤثر ارتفاع درجة الحرارة وتوزيع درجة حرارة الأدوات الآلية والمناخ الطبيعي على أراضي الصين الشاسعة.تقع معظم المناطق في المناطق شبه الاستوائية.تختلف درجة الحرارة بشكل كبير على مدار العام ويختلف أيضًا اختلاف درجة الحرارة في اليوم.لذلك ، تختلف أيضًا طريقة ودرجة تدخل الأشخاص في درجة الحرارة الداخلية (مثل ورشة العمل) ، كما تختلف درجة الحرارة المحيطة بأداة الماكينة بشكل كبير.على سبيل المثال ، نطاق التغير الموسمي في درجة الحرارة في دلتا نهر اليانغتسي يبلغ حوالي 45 درجة مئوية ، وتغير درجة الحرارة اليومية حوالي 5-12 درجة مئوية.بشكل عام ، ورشة التصنيع لا تحتوي على تدفئة في الشتاء ولا يوجد مكيف هواء في الصيف.ومع ذلك ، طالما أن الورشة جيدة التهوية ، فإن تدرج درجة الحرارة لورشة المعالجة لا يتغير كثيرًا.في شمال شرق الصين ، يمكن أن يصل الاختلاف الموسمي في درجات الحرارة إلى 60 ، والتباين النهاري حوالي 8-15 ℃.فترة التسخين من أواخر أكتوبر إلى أوائل أبريل من العام التالي.تم تصميم ورشة المعالجة بالتسخين ودوران الهواء غير الكافي.يمكن أن يصل فرق درجة الحرارة داخل وخارج الورشة إلى 50 ℃.لذلك ، فإن تدرج درجة الحرارة في ورشة العمل في الشتاء معقد للغاية.أثناء القياس ، تكون درجة الحرارة الخارجية 1.5 ℃ ، الساعة 8: 15-8: 35 صباحًا ، وتغير درجة الحرارة في الورشة حوالي 3.5.سوف تتأثر دقة التصنيع لأدوات الماكينة الدقيقة بدرجة كبيرة بدرجة الحرارة المحيطة في مثل هذه الورشة.
تأثير البيئة المحيطة ، تشير البيئة المحيطة بأداة الماكينة إلى البيئة الحرارية المتكونة من تخطيطات مختلفة ضمن النطاق القريب لأداة الماكينة.
وهي تشمل الجوانب الأربعة التالية:
1) المناخ المحلي لورشة العمل: مثل توزيع درجة الحرارة في الورشة (الاتجاه الرأسي والاتجاه الأفقي).عندما يتناوب النهار والليل أو يتغير المناخ والتهوية ، ستتغير درجة حرارة ورشة العمل ببطء.
2) مصادر حرارة ورشة العمل: مثل الإشعاع الشمسي ، وإشعاع معدات التدفئة والإضاءة عالية الطاقة ، وما إلى ذلك ، عندما تكون قريبة من أداة الماكينة ، يمكن أن تؤثر بشكل مباشر على ارتفاع درجة حرارة أداة الماكينة بالكامل أو جزء منها. وقت طويل.ستؤثر الحرارة الناتجة عن المعدات المجاورة أثناء التشغيل على ارتفاع درجة حرارة أداة الآلة في شكل إشعاع أو تدفق هواء.
3) تبديد الحرارة: الأساس له تأثير جيد في تبديد الحرارة ، خاصة أن أساس أدوات الآلات الدقيقة يجب ألا يكون قريبًا من أنبوب التدفئة تحت الأرض.بمجرد أن ينكسر ويتسرب ، قد يصبح مصدر حرارة يصعب العثور على السبب ؛الورشة المفتوحة ستكون "مشعاع" جيد ، يساعد على توازن درجة الحرارة في الورشة.
4) درجة حرارة ثابتة: تعتبر مرافق درجة الحرارة الثابتة المعتمدة في ورشة العمل فعالة للغاية في الحفاظ على دقة ودقة معالجة أدوات الآلات الدقيقة ، ولكن استهلاك الطاقة كبير.
3. عوامل التأثير الحراري الداخلي لأداة الآلة
1) أداة الآلة هي مصدر حراري هيكلي.تسخين المحرك مثل محرك المغزل ، محرك سيرفو التغذية ، محرك مضخة التبريد والتشحيم وصندوق التحكم الكهربائي يمكن أن يولد الحرارة.هذه الشروط مسموح بها للمحرك نفسه ، ولكن لها آثار ضارة كبيرة على العمود الرئيسي ، واللولب الكروي والمكونات الأخرى ، ويجب اتخاذ التدابير لعزلها.عندما تقوم الطاقة الكهربائية الداخلة بتشغيل المحرك ، باستثناء أن جزءًا صغيرًا (حوالي 20 ٪) سيتم تحويله إلى طاقة حرارية للمحرك ، سيتم تحويل معظمها إلى طاقة حركية بواسطة آلية الحركة ، مثل دوران العمود الرئيسي وحركة طاولة العمل ؛ومع ذلك ، فمن المحتم أن يتم تحويل جزء كبير من الحرارة إلى حرارة احتكاك أثناء الحركة ، مثل حرارة المحامل وقضبان التوجيه والمسامير الكروية وصناديق النقل.
2) قطع الحرارة للعملية.أثناء عملية القطع ، يتم استهلاك جزء من الطاقة الحركية للأداة أو قطعة العمل من خلال عمل القطع ، ويتم تحويل جزء كبير إلى طاقة تشوه القطع وحرارة الاحتكاك بين الرقاقة والأداة ، مما يؤدي إلى تكوين حرارة تنتقل الأداة والمغزل وقطعة العمل وكمية كبيرة من حرارة الرقاقة إلى تركيبات طاولة العمل وأجزاء أخرى من أداة الماكينة.سوف تؤثر بشكل مباشر على الموضع النسبي بين الأداة وقطعة العمل.
3) التبريد.التبريد هو مقياس عكسي لارتفاع درجة حرارة أداة الماكينة ، مثل تبريد المحرك وتبريد مكونات المغزل وتبريد المكونات الهيكلية الأساسية.غالبًا ما يتم تجهيز الأدوات الآلية المتطورة بثلاجات للتبريد القسري.
4. تأثير الشكل الهيكلي لأداة الآلة على ارتفاع درجة الحرارة في مجال التشوه الحراري لأداة الماكينة ، عادة ما يشير الشكل الهيكلي لأداة الماكينة إلى الشكل الهيكلي وتوزيع الكتلة وأداء المواد وتوزيع مصدر الحرارة.يؤثر شكل الهيكل على توزيع درجة الحرارة واتجاه التوصيل الحراري واتجاه التشوه الحراري ومطابقة أداة الماكينة.
1) الشكل الهيكلي لأداة الآلة.من حيث الهيكل العام ، فإن أدوات الآلة عمودية ، أفقية ، جسرية وكابولية ، وما إلى ذلك ، والتي لها اختلافات كبيرة في الاستجابة الحرارية والاستقرار.على سبيل المثال ، يمكن أن يصل ارتفاع درجة حرارة صندوق المحور الرئيسي لمخرطة سرعة التروس إلى 35 درجة مئوية ، بحيث يتم رفع نهاية العمود الرئيسي ، ويحتاج وقت توازن الحرارة إلى حوالي 2 ساعة.لمركز الخراطة والطحن الدقيق مع القاعدة المائلة ، فإن أداة الآلة لديها قاعدة ثابتة.تم تحسين صلابة الآلة بأكملها بشكل واضح.يتم تشغيل العمود الرئيسي بواسطة محرك مؤازر ، ويتم إزالة جزء ناقل الحركة.ارتفاع درجة الحرارة بشكل عام أقل من 15 درجة مئوية.
2) تأثير توزيع مصدر الحرارة.يعتبر بشكل عام أن مصدر الحرارة يشير إلى المحرك الموجود على أداة الماكينة.على سبيل المثال ، محرك المغزل ومحرك التغذية والنظام الهيدروليكي غير مكتمل.تسخين المحرك هو فقط الطاقة التي يستهلكها التيار على مقاومة المحرك عند تحمل الحمل ، ويتم استهلاك جزء كبير من الطاقة عن طريق التسخين الناتج عن عمل الاحتكاك للمحمل وصمولة اللولب وسكة التوجيه وغيرها الآليات.لذلك ، يمكن تسمية المحرك بمصدر الحرارة الأساسي ، ويمكن تسمية المحمل والجوز وقضيب التوجيه والرقاقة بمصدر الحرارة الثانوي.التشوه الحراري هو نتيجة للتأثير الشامل لجميع مصادر الحرارة هذه.ارتفاع درجة الحرارة وتشوه مركز المعالجة الرأسي بأعمدة متحركة أثناء حركة التغذية بالاتجاه y.لا يتحرك منضدة العمل عند التغذية في الاتجاه Y ، لذلك يكون لها تأثير ضئيل على التشوه الحراري في الاتجاه X.في العمود ، كلما ابتعدت عن المسمار اللولبي للمحور y ، كلما قل ارتفاع درجة الحرارة.عندما تتحرك الآلة على طول المحور z ، يتم توضيح تأثير توزيع مصدر الحرارة على التشوه الحراري بشكل أكبر.يكون تغذية المحور z بعيدًا عن الاتجاه x ، وبالتالي فإن التشوه الحراري له تأثير أقل.كلما اقترب صامولة المحور z من العمود ، زاد ارتفاع درجة الحرارة والتشوه.
3) تأثير التوزيع الشامل.تأثير توزيع الكتلة على التشوه الحراري لأدوات الماكينة له ثلاثة جوانب.أولاً ، يشير إلى حجم وتركيز الكتلة ، وعادة ما يشير إلى تغيير السعة الحرارية وسرعة نقل الحرارة ، وتغيير الوقت للوصول إلى توازن الحرارة
2 ، من خلال تغيير شكل ترتيب الكتلة ، مثل ترتيب الأضلاع المختلفة ، يمكن تحسين الصلابة الحرارية للهيكل ، وتحت نفس ارتفاع درجة الحرارة ، يمكن تقليل تأثير التشوه الحراري أو يمكن الحفاظ على التشوه النسبي صغير؛
ثالثًا ، يعني تقليل ارتفاع درجة حرارة أجزاء أداة الماكينة عن طريق تغيير شكل ترتيب الكتلة ، مثل ترتيب أضلاع تبديد الحرارة خارج الهيكل.
تأثير خواص المواد: المواد المختلفة لها معايير أداء حرارية مختلفة (حرارة محددة ، والتوصيل الحراري ، ومعامل التمدد الخطي).تحت تأثير نفس الحرارة ، يختلف ارتفاع درجة حرارتها وتشوهها.اختبار الأداء الحراري لأدوات الآلة
1. الغرض من اختبار الأداء الحراري لأداة الآلة هو التحكم في التشوه الحراري لأداة الآلة.المفتاح هو أن نفهم تمامًا تغير درجة الحرارة المحيطة لأداة الماكينة ، ومصدر الحرارة وتغير درجة الحرارة لأداة الماكينة نفسها والاستجابة (إزاحة التشوه) للنقاط الرئيسية من خلال اختبار الخصائص الحرارية.تصف بيانات أو منحنيات الاختبار الخصائص الحرارية لأداة الآلة ، بحيث يمكن اتخاذ تدابير مضادة للتحكم في التشوه الحراري وتحسين دقة المعالجة الآلية وكفاءة أداة الآلة.
على وجه التحديد ، ينبغي تحقيق الأهداف التالية:
1) اختبر البيئة المحيطة بأداة الآلة.قم بقياس بيئة درجة الحرارة في ورشة العمل ، وتدرج درجة الحرارة المكانية ، وتغير توزيع درجة الحرارة بالتناوب بين النهار والليل ، وحتى تأثير التغيير الموسمي على توزيع درجة الحرارة حول أداة الآلة.
2) اختبار الخصائص الحرارية لأداة الآلة نفسها.في ظل ظروف القضاء على التداخل البيئي قدر الإمكان ، يجب الاحتفاظ بأداة الماكينة في حالات تشغيل مختلفة لقياس تغير درجة الحرارة وتغير الإزاحة للنقاط المهمة لأداة الماكينة نفسها ، وتسجيل تغير درجة الحرارة وإزاحة المفتاح نقاط خلال فترة زمنية طويلة بما فيه الكفاية.يمكن أيضًا استخدام مقياس الطور الحراري بالأشعة تحت الحمراء لتسجيل التوزيع الحراري لكل فترة زمنية.
3) يتم قياس ارتفاع درجة الحرارة والتشوه الحراري أثناء عملية المعالجة للحكم على تأثير التشوه الحراري لأداة الماكينة على دقة عملية المعالجة.
4) يمكن أن تجمع الاختبارات المذكورة أعلاه عددًا كبيرًا من البيانات والمنحنيات ، والتي ستوفر معايير موثوقة لتصميم أداة الماكينة وتحكم المستخدم في التشوه الحراري ، وتشير إلى اتجاه اتخاذ التدابير الفعالة.
2. يحتاج مبدأ اختبار التشوه الحراري لاختبار التشوه الحراري لأداة الآلة أولاً إلى قياس درجة حرارة عدة نقاط ذات صلة ، بما في ذلك الجوانب التالية:
1) مصدر الحرارة: بما في ذلك محرك التغذية لكل جزء ، محرك المغزل ، زوج محرك الكرة اللولبية ، سكة التوجيه ومحمل المغزل.
2) الأجهزة المساعدة: بما في ذلك النظام الهيدروليكي ، والثلاجة ، ونظام الكشف عن إزاحة التبريد والتشحيم.
3) الهيكل الميكانيكي: بما في ذلك سرير الآلة ، والقاعدة ، ولوحة الشريحة ، والعمود ، وصندوق رأس الطحن والمغزل.يتم تثبيت قضيب قياس من الصلب الإنديوم بين المغزل والطاولة الدوارة.يتم ترتيب خمسة مستشعرات تلامس في اتجاهات X و y و Z لقياس التشوه الشامل في ظل ظروف مختلفة لمحاكاة الإزاحة النسبية بين الأداة وقطعة العمل.
3. معالجة وتحليل بيانات الاختبار يجب إجراء اختبار التشوه الحراري لأداة الماكينة في وقت طويل مستمر ، ويجب إجراء تسجيل مستمر للبيانات.بعد التحليل والمعالجة ، تكون خصائص التشوه الحراري المنعكسة موثوقة للغاية.إذا تم التخلص من الخطأ من خلال اختبارات متعددة ، فإن الانتظام المعروض يكون ذا مصداقية.توجد 5 نقاط قياس في اختبار التشوه الحراري لنظام المغزل ، منها النقطة 1 والنقطة 2 في نهاية المغزل وبالقرب من محمل المغزل ، والنقطة 4 والنقطة 5 على التوالي عند غطاء رأس الطحن بالقرب من دليل السكك الحديدية z- الاتجاه.استمر وقت الاختبار لمدة 14 ساعة ، حيث تم تبديل سرعة دوران العمود الرئيسي في أول 10 ساعات في نطاق 0-9000 لفة / دقيقة.بدءًا من الساعة العاشرة ، استمر العمود الرئيسي في الدوران بسرعة عالية تبلغ 9000 لفة / دقيقة.
الاستنتاجات التالية يمكن استخلاصها:
1) وقت التوازن الحراري للمغزل حوالي 1 ساعة ، ومدى ارتفاع درجة الحرارة بعد التوازن 1.5 ℃ ؛
2) ارتفاع درجة الحرارة يأتي بشكل رئيسي من محمل العمود الرئيسي ومحرك المحور الرئيسي.ضمن نطاق السرعة العادي ، يكون للمحمل أداء حراري جيد ؛
3) التشوه الحراري له تأثير ضئيل على اتجاه X ؛
4) تشوه التمدد في الاتجاه z كبير ، حوالي 10 أمتار ، والذي يحدث بسبب التمدد الحراري للعمود الرئيسي وزيادة خلوص المحمل ؛
5) عندما يتم الحفاظ على سرعة الدوران عند 9000 لفة / دقيقة ، يرتفع ارتفاع درجة الحرارة بشكل حاد ، حيث يرتفع بشكل حاد بنحو 7 درجات مئوية في غضون 2.5 ساعة ، وهناك ميل للاستمرار في الارتفاع.يصل التشوه في اتجاه Y واتجاه Z إلى 29 مترًا و 37 مترًا ، مما يشير إلى أن العمود الرئيسي لم يعد يعمل بثبات عند سرعة دوران تبلغ 9000 لفة / دقيقة ، ولكن يمكن أن يعمل في وقت قصير (20 دقيقة).تم تحليل التحكم في التشوه الحراري لأداة الماكينة ومناقشته أعلاه.ارتفاع درجة الحرارة والتشوه الحراري لأداة الماكينة لهما عوامل تأثير مختلفة على دقة المعالجة.عند اتخاذ تدابير التحكم ، يجب أن نفهم التناقض الرئيسي ونركز على اتخاذ إجراء أو إجراءين لتحقيق ضعف النتيجة بنصف الجهد.يجب أن يبدأ التصميم من أربعة اتجاهات: تقليل توليد الحرارة ، تقليل ارتفاع درجة الحرارة ، موازنة الهيكل والتبريد المعقول.
1. يعتبر الحد من توليد الحرارة والتحكم في مصدر الحرارة من الإجراءات الأساسية.في التصميم ، يجب اتخاذ تدابير للحد بشكل فعال من توليد الحرارة لمصدر الحرارة.
1) حدد بشكل معقول القوة المقدرة للمحرك.الطاقة الناتجة P للمحرك تساوي ناتج الجهد V والتيار I بشكل عام ، الجهد V ثابت.لذلك ، فإن زيادة الحمل تعني أن طاقة خرج المحرك تزداد ، أي أن التيار المقابل I يزداد أيضًا ، وتزداد الحرارة التي يستهلكها التيار في مقاومة المحرك.إذا كان المحرك الذي صممناه واخترناه يعمل بالقرب من الطاقة المقدرة أو يتجاوزها كثيرًا لفترة طويلة ، فمن الواضح أن ارتفاع درجة حرارة المحرك سيزداد.لذلك ، تم إجراء اختبار مقارن على رأس الطحن لآلة طحن بفتحة إبرة التحكم العددي bk50 (سرعة المحرك: 960r / min ؛ درجة الحرارة المحيطة: 12 ℃).تم الحصول على المفاهيم التالية من الاختبارات المذكورة أعلاه: بالنظر إلى أداء مصدر الحرارة ، عند اختيار القدرة المقدرة لمحرك المغزل أو محرك التغذية ، من المناسب اختيار حوالي 25٪ أعلى من الطاقة المحسوبة.في التشغيل الفعلي ، تتطابق طاقة خرج المحرك مع الحمل ، وزيادة الطاقة المقدرة للمحرك لها تأثير ضئيل على استهلاك الطاقة.لكن يمكن تقليل ارتفاع درجة حرارة المحرك بشكل فعال.
