磨床热变形的控制与防止湖南大学衡阳分校�(421101)�张文玉�邹济林摘要�本文通过磨床的热变形热源分析及其它在工作状况下对加工精度的影响,从而提出了相应的控制与防止热变形的具体措施。关键词�磨床热源、热变形、控制与防止。一、磨床的热变形的热源与传递。现代的机械产品对零件表面质量要求愈来愈高,它要求较低的表面粗糙度、残余应力及表面变质层。但磨床对加工精度影响又极大,特别是精密加工和大型零件的加工中,热变形所引起的加工零件所产生的误差,有时占总全部误差70%。随着现代机械加工技术的发展,磨削精密加工大多数是机械加工的最终工序,用来获得最终加工精度与表面质量。高精度、高品位化、高效率以及系统自动化是磨床高机能化的目标,研究与探讨磨床的热变形具有巨大的现实意义,也正是本文的目的。实验证明:磨床工作时,会受到多种多样的热源的影响:1、机械动力源的能量损耗转化为热量(如:电动机、油池、油泵装置、液压操纵箱、油压筒等等),从而使磨床部件产生热变形。2、传动部分产生的摩擦热(如:轴承副、导轨副等等),并通过润滑油将热量散开,特别是床身导轨弯曲变形。3、磨削热:当磨屑和冷却液落在机床各部件上,其热量传出,也会使机床各部件产生相应的热变形。4、环境热:(如:室温变化、阳光照射、取暖装置等等),同样也可使磨床各部件受热不均匀,引起热变形。但是,当磨床在工作时,受到上述各种热源的影响,加之各种精密机床的结构复杂性、各部件受到热各不相同,从而形成了不同的温度场,使机床各部件之间的相对位置发生了变化,破坏了机床原有精度,加快运动件的磨损,从而造成加工工件的加工误差。与此同时,磨床,它们各部件的体积不相同,尺寸差异大,热容量也不相同,达到热平衡的时间也不相同。一般说来,磨床类机床,其空转达到热平衡的时间为2~3h;在磨床达到热平衡前,机床的几何精度一直是变化不定,从而影响零件的加工精度。加之,磨床的结构特点不同,其受到主要热源也不相同,热变形对加工精度的影响也不相同。二、磨床的热变形及对加工精度的影响磨床其主要热源是液压系统和高速磨头的摩擦热,以及冷却液带来的磨削热。砂轮架的发热,会使砂轮主轴膨胀、伸长、位移。主轴的热伸长,在螺纹磨床上会直接影响加工工件的螺距误差。而在齿轮磨床上直接影响齿轮周节的误差。前、后轴承的发热不均匀时,会引起主轴的母线和上母线偏斜,使工件产生几何形状误差和螺旋缺陷。严重时将直接影响砂轮主轴的正常工作以至发生�抱轴�现象。砂轮架一般要求正常运转2~4h后,其温升不大于20�图1�头架主轴因热变形成的位移与此同时,而磨床的头架,经过一段时间的运转�35�2002年第2期(总第150期)后,由于运动零件的摩擦和其它原因产生热量,会使头架变形。尤其是�活顶尖�。磨削的头架发热厉害。发热的结果会使头架主轴中心产生位移;其原因是头架壳体的底面以工作台定位,中间由定位头定位,所以受热后只能向上和向两侧膨胀,从而使主轴中心向上和向砂轮架方向位移。如图1所示。若磨削工件时,仅由头架卡盘支夹,主轴的热位移仅影响工件的尺寸精度,若工件采用头、尾架顶尖顶住磨削时由于尾架发热少,套筒中心几乎不位移,结果头架主轴中心的热位移会使头、尾架顶尖中心的连线与工作台导轨不平行,影响工件的几何精度。一般主轴向上的热位移�y、在磨削外锥体工件时,会使锥体母线形成中间凹的双曲线,如图2所示。图2�对外锥体的影响当磨削工件内锥孔时,主轴中心的位移(包括头架中心不等高误差)。既影响工件的锥度,又影响其几何形状精度,使锥孔母线形成中间凸的双曲线。如图3所示。图3�对内锥孔的影响若头架主轴中心,向砂轮架方向的热位移�x会使工件呈锥形。如图4所示。磨床的床身,受到各种热源的影响,同样也影响被加工工件的精度。由于热源的分布不均匀及热量散发不相等,从而形成床身各处温变一样。床身上下、左右、前后都有存在着温度差。而温度差是床身产生的主要原因之一。根据热变规律分析,工件受热后的伸长量为:图4�头架热变形后工件磨成锥体�L=�L�t式中:����材料线膨胀系数,L���受热部分的长度,�t���温度差若床身单面受热,在垂直平面内产生弯曲变形,可用下面的近似公式计算:�L=...
