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五轴立式加工中心的热变形控制策略

更新时间:2025-05-13浏览:113次
  五轴立式加工中心凭借其多轴联动的加工能力,在复杂零件加工领域发挥着重要作用。然而,在加工过程中,热变形成为影响加工精度的关键因素。为有效控制热变形,需采取一系列科学策略。
 
  热变形主要由机床内部和外部热源引起。内部热源包括切削热、摩擦热等,外部热源则涵盖环境温度、灯光辐射等。这些热源导致机床部件温度升高,进而产生热变形,影响加工精度。
 
  减少发热是控制热变形的基础。合理选择切削用量和刀具几何角度,或采用粗、精加工分开的方式,可有效减少切削热。同时,从结构设计和加强润滑两方面着手,改善摩擦特性,降低摩擦热。例如,采用高性能润滑脂或优化润滑系统,减少轴承、丝杠等部件的摩擦发热。
 
  散热与冷却措施同样关键。对于能够从机床分离出去的热源部件,如电机、变速箱、液压系统等,应将其移出主机,成为独立单元,并用隔热材料与机床主体隔离。对于发热量大的热源,可采用强制式风冷、大流量水冷却或油冷机对主轴轴承进行强制冷却。在机床的发热部位进行强制冷却,或在机床低温部分通过加热的方法,使机床各点的温度趋于一致,减少温差造成的翘曲变形。
 
  优化机床结构也是控制热变形的重要手段。机床大部件结构与布局对加工中心的热特性影响显著。采用双立柱式对称结构,可使机床在左右方向的热变形比单立柱结构小得多。同时,将机床的各部件如床身、立柱、导轨等尽量对称分布,使各部件温升均匀,减少热误差。此外,在设计时充分考虑数控机床零部件的耐磨性,尤其是影响精度的主要零件,如导轨、进给伺服主轴部件等,将弹性变形控制在最小限度内。
 
  使用新型材料也能有效减少热变形。采用热膨胀系数小的新型材料,如高性能工程陶瓷材料、碳纤维复合材料等,可降低机床部件因温度变化而产生的变形。
 
  建立热误差补偿模型是提高加工精度的有效途径。通过测量热敏感点的温升和相关方向的热误差,对实验数据进行分析处理,建立数学模型,并植入计算机或可编程控制器(PLC)。在机床运行过程中,根据热误差模型计算机床的热误差,并通过数控系统的补偿功能进行补偿。
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