3.10 Теплові деформації в системі впід

Причини виникнення теплових деформацій елементів системи ВПІД. Похибки механічної обробки, що спричиняються тепловими деформаціями елементів системи ВПІД. Шляхи зменшення цих похибок.

В процесі механічної обробки відбувається нагрівання елементів системи ВПІД в результаті впливу теплової енергії, що виділяється в зоні різання, в приводах і механізмах верстата через втрати на тертя, а також від теплової енергії зовнішніх джерел. Це нагрівання спричиняє пружні деформації в системі ВПІД і появу похибки обробки .

Тепловий стан системи ВПІД може бути стаціонарним і нестаціонарним. В першому випадку встановлюється теплова рівновага системи — підведення теплової енергії кількісно дорівнює її втратам і тому температура верстата, пристрою і різального інструмента постійна. До умов стаціонарного теплового стану наближені процеси обробки невеликих заготовок на попередньо розігрітих верстатах. Нестаціонарний тепловий стан спостерігається в період пуску верстата після його тривалої зупинки. Будь-який процес можна вважати нестаціонарним, якщо теплова енергія, що виділяється під час різання, помітно нагріває заготовку.

Розподіл теплоти в процесі різання між стружкою, заготовкою та інструментом залежить від способу обробки, режимів різання, матеріалів оброблюваної заготовки та інструмента. Так, в процесі точіння (без охолодження) матеріалів з високою теплопровідністю (вуглецевих сталей, алюмінієвих і мідних сплавів) розподіл теплоти такий: в стружку — 60…90%; в інструмент — 3…5%; решта — в заготовку. Під час такої ж обробки матеріалів з низькою теплопровідністю (жаростійкі, титанові сплави) 35…45% теплоти переноситься в заготовку; 20…40% — в інструмент; решта — в стружку. Найбільша кількість теплоти переходить в заготовку під час свердління (до 60%).

Теплові деформації верстата

Нагрівання станини, корпусних та інших деталей верстата відбувається внаслідок втрат на тертя в механізмах, гідроприводах і в електричних пристроях. Значна кількість теплоти передається деталям верстата від охолоджувальної рідини, яка відводить теплоту із зони різання.

Встановлено [6], що значний влив на точність остаточної обробки має нагрівання шпиндельних вузлів. Під час роботи верстата відбувається поступове розігрівання шпиндельного вузла і зміщення осі його обертання як в горизонтальній, так і у вертикальній площині. Це пояснюється тим, що під час роботи верстата різниця температур в різних місцях корпуса шпиндельної бабки може досягати 50 °С. Зміщення шпинделя може складати 0,01…0,02 мм.

Теплові деформації верстата можуть бути суттєво зменшені вжиттям таких заходів [6]:

1) забезпечення постійності температурного поля в зоні розташування верстата завдяки:

- підтриманню в цеху потрібного температурного режиму;

- розміщенню верстатів для точної обробки в спеціальних термоконстантних приміщеннях;

2) зменшення нерівномірного нагріву верстатів завдяки:

- винесенню внутрішніх джерел теплоти (електродвигунів, гідроприводів) за межі верстата;

- використанню спеціальних систем для підтримання заданої температури ЗОР і окремих частин верстата;

3) зменшення впливу нерівномірних деформацій завдяки:

- раціональному вибору матеріалів деталей;

- спрямуванню температурних деформацій деталей верстата таким чином, щоб ці деформації не збігалися з напрямами точних розмірів:

- застосуванню пристроїв для компенсації температурних зміщень;

4) експлуатаційними заходами:

- установленням верстата в зоні найменшого впливу температурних полів;

- своєчасним регулюванням зазорів в підшипникових вузлах;

- проведення фінішної обробки точних деталей після досягнення верстатом стаціонарного теплового стану (після тривалих зупинень верстат має пропрацювати вхолосту протягом 20…30 хв).