9.6.2. Температурные деформации станка

Основными источниками теплообразования в станке является теплота, выделяющаяся при трении подвижных частей станка, теплота электро- гидропривода, теплота, удаляемая из зоны резания охлаждающей жидкостью, теплота от внешних источников.

Под действием выделяющейся теплоты происходят изменения как размеров и формы деталей, так и их взаимного расположения, что вызывает погрешность обработки.

В качестве примера рассмотрим влияние температурных деформаций на изменение положения станины станка, вызывающее смещение и поворот шпинделя (рис. 66).

Разница в перепаде температур стенок станины в 2-5 °С вызывает появление деформации обрабатываемой детали порядка ΔD = 0,02-0,05 мм.

Рисунок 66

Температурное поле станины непостоянно и отличается на 10-60 °С от нормальной температуры в разных точках.

Температурные деформации могут быть представлены графиком изменения температуры при нагревании и охлаждении станка (рис. 67).

Рисунок 67

Среднее время нагрева станка до достижения теплового равновесия при длительной обстановке составляет 1-3 часа. Время охлаждения – 10-20 часов в зависимости от размеров станка.

В процессе нагрева передней бабки токарного станка происходит смещение шпинделя в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

В вертикальной плоскости он может смещаться от 20 до 120 мкм (среднее – 50 мкм), горизонтальной – от 10 до 30 мкм (среднее – 15 мкм).

Смещение шпинделя зависит от увеличения частоты вращения и приблизительно пропорционально

График смещения шпинделя в вертикальной и горизонтальной плоскостях приведен на рис. 68.

1 – смещение в вертикальной плоскости;

2 – смещение в горизонтальной плоскости

Рисунок 68

Температурное поле передней бабки токарного станка при установившемся тепловом равновесии показано на рис. 69

Рисунок 69

Основным источником теплообразования в станке является передняя бабка, температура которой в различных точках находится в пределах 10-50С

Температура валов и шпинделей на 30-40 % выше температуры корпусных деталей, в которых они размещены. Температура коробки скоростей в пределах 65-80 С.

Температурные деформации корпуса передней бабки определяются:

, (43)

где – коэффициент линейного расширения материала передней бабки;t_ср– средняя температура передней стойки станка;h– высота центров.

Температурные деформации валов ходовых винтов определяются:

, (44)

где х– текущая координата длины вала;t_x– температура в этой точке.

Температурная деформация любой детали станка:

, (45)

где L– длина детали;t_д– температура детали.

В производственных условиях при обработке заготовок с небольшими перерывами температурные деформации могут быть представлены графиком на рис. 70, где время работы равно времени перерыва.

Рисунок 70

Основными мероприятиями по сокращению температурных деформаций станка являются:

– стабилизация температурного поля станка в зоне резания;

– обеспечение постоянства температуры воздуха в цехе. Например, для финишной обработки температура должна быть в пределах (200,5)С;

– обработка высокоточных заготовок должна производиться в термостатичных цехах;

– применять по возможности обильное охлаждение;

– предварительный нагрев станка до температуры теплового равновесия;

– применение рациональных режимов резания;

– компенсация температурных деформаций станка.