सीएनसी मशीनिंग सटीकता पर तापमान का प्रभाव

थर्मल विरूपण उन कारणों में से एक है जो मशीनिंग सटीकता को प्रभावित करते हैं। मशीन उपकरण कार्यशाला के परिवेश के तापमान में परिवर्तन, मोटर के गर्म होने और यांत्रिक गति के घर्षण, गर्मी में कटौती और शीतलन माध्यम से प्रभावित होता है, जिसके परिणामस्वरूप मशीन उपकरण के विभिन्न हिस्सों में असमान तापमान वृद्धि होती है, जिससे आकार सटीकता में परिवर्तन होता है। और मशीन टूल की मशीनिंग सटीकता। उदाहरण के लिए, सामान्य परिशुद्धता के साथ सीएनसी मिलिंग मशीन पर 70 मिमी × 1650 मिमी स्क्रू को संसाधित करते समय, सुबह 7:30-9:00 बजे मिल किए गए वर्कपीस की संचयी त्रुटि 2:00 बजे संसाधित वर्कपीस की तुलना में 85 मीटर तक पहुंच सकती है। दोपहर के 3:30 बजे. निरंतर तापमान की स्थिति में, त्रुटि को 40 मीटर तक कम किया जा सकता है।

उदाहरण के लिए: 0.6 से 3.5 मिमी की मोटाई वाली पतली स्टील शीट वर्कपीस की डबल-एंड पीसने के लिए उपयोग की जाने वाली एक सटीक डबल-एंड ग्राइंडर, स्वीकृति के दौरान 200 मिमी × 25 मिमी × 1.08 मिमी स्टील शीट वर्कपीस को संसाधित करते समय मिलीमीटर-स्तरीय आयामी सटीकता प्राप्त कर सकती है, और पूरी लंबाई में वक्रता 5 मीटर से कम है। हालाँकि, 1 घंटे तक लगातार स्वचालित पीसने के बाद, आकार परिवर्तन सीमा 12 मीटर तक बढ़ जाती है, और शीतलक तापमान स्टार्टअप पर 17 ℃ से बढ़कर 45 ℃ हो जाता है। पीसने वाली गर्मी के प्रभाव के कारण, स्पिंडल जर्नल लंबा हो जाता है और स्पिंडल के सामने वाले बेयरिंग का क्लीयरेंस बढ़ जाता है। इसके आधार पर, मशीन टूल के कूलेंट टैंक में 5.5kW रेफ्रिजरेटर जोड़ा जाता है, और प्रभाव बहुत आदर्श होता है। अभ्यास ने साबित कर दिया है कि गर्म करने के बाद मशीन उपकरण का विरूपण प्रसंस्करण सटीकता को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारण है। हालाँकि, मशीन उपकरण ऐसे वातावरण में है जहाँ तापमान कभी भी और कहीं भी बदलता है; काम करते समय मशीन उपकरण स्वयं अनिवार्य रूप से ऊर्जा की खपत करेगा, और इस ऊर्जा का एक बड़ा हिस्सा विभिन्न तरीकों से गर्मी में परिवर्तित हो जाएगा, जिससे मशीन उपकरण के घटकों में भौतिक परिवर्तन होंगे। विभिन्न संरचनात्मक रूपों और भौतिक भिन्नताओं के कारण यह परिवर्तन बहुत भिन्न होता है। मशीन टूल डिजाइनरों को गर्मी के निर्माण तंत्र और तापमान वितरण के नियम में महारत हासिल करनी चाहिए, और प्रसंस्करण सटीकता पर थर्मल विरूपण के प्रभाव को कम करने के लिए संबंधित उपाय करने चाहिए।

1. मशीन उपकरण तापमान वृद्धि, तापमान वितरण और प्राकृतिक जलवायु से प्रभावित होता है

इनडोर (जैसे कार्यशाला) तापमान में लोगों के हस्तक्षेप के तरीके और डिग्री भी भिन्न होते हैं, और मशीन उपकरण के आसपास का तापमान वातावरण बहुत भिन्न होता है। सर्दियों में तापमान का उतार-चढ़ाव बहुत जटिल होता है। जब मापा जाता है, तो बाहरी तापमान 1.5℃ होता है, समय सुबह 8:15-8:35 होता है, और कार्यशाला में तापमान में लगभग 3.5℃ का परिवर्तन होता है। ऐसी कार्यशाला में परिवेश के तापमान से सटीक मशीन टूल्स की प्रसंस्करण सटीकता बहुत प्रभावित होगी।

2. आसपास का वातावरण मशीन को प्रभावित करता है

आसपास का वातावरण मशीन उपकरण की करीबी सीमा के भीतर विभिन्न लेआउट द्वारा गठित थर्मल वातावरण को संदर्भित करता है। इनमें निम्नलिखित 4 पहलू शामिल हैं:

1) कार्यशाला का माइक्रॉक्लाइमेट: जैसे कार्यशाला में तापमान का वितरण (ऊर्ध्वाधर दिशा, क्षैतिज दिशा)। जब दिन और रात बदलते हैं या जलवायु और वेंटिलेशन बदलते हैं, तो कार्यशाला का तापमान धीरे-धीरे बदल जाएगा।

2) कार्यशाला का ताप स्रोत: जैसे सूरज की रोशनी, हीटिंग उपकरण और उच्च-शक्ति प्रकाश लैंप का विकिरण, आदि, जब वे मशीन उपकरण के करीब होते हैं, तो वे सीधे पूरे या कुछ हिस्सों के तापमान वृद्धि को प्रभावित कर सकते हैं लंबे समय तक मशीन टूल। ऑपरेशन के दौरान आसन्न उपकरणों द्वारा उत्पन्न गर्मी विकिरण या वायु प्रवाह के रूप में मशीन उपकरण के तापमान में वृद्धि को प्रभावित करेगी।

3) गर्मी अपव्यय: नींव में अच्छा गर्मी अपव्यय प्रभाव होता है, विशेष रूप से सटीक मशीन टूल्स की नींव भूमिगत हीटिंग पाइप के करीब नहीं होनी चाहिए। एक बार जब यह टूट जाता है और लीक हो जाता है, तो यह गर्मी का स्रोत बन सकता है जिसका कारण ढूंढना मुश्किल होता है; एक खुली कार्यशाला एक अच्छा "रेडिएटर" होगी, जो कार्यशाला के तापमान संतुलन के लिए अनुकूल है।

4) लगातार तापमान: सटीक मशीन टूल्स की सटीकता और प्रसंस्करण सटीकता को बनाए रखने के लिए कार्यशाला में अपनाई गई निरंतर तापमान सुविधाएं बहुत प्रभावी हैं, लेकिन ऊर्जा की खपत बड़ी है।

3. मशीन की आंतरिक गर्मी को प्रभावित करने वाले कारक

1) मशीन टूल्स के संरचनात्मक ताप स्रोत। स्पिंडल मोटर्स, फीड सर्वो मोटर्स, शीतलन और स्नेहन पंप मोटर्स और इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण बक्से जैसी मोटरों से गर्मी उत्पन्न हो सकती है। ये स्थितियाँ मोटर के लिए ही स्वीकार्य हैं, लेकिन स्पिंडल और बॉल स्क्रू जैसे घटकों पर महत्वपूर्ण प्रतिकूल प्रभाव पड़ता है, और उन्हें अलग करने के लिए उपाय किए जाने चाहिए। जब इनपुट विद्युत ऊर्जा मोटर को संचालित करने के लिए प्रेरित करती है, तो एक छोटे हिस्से (लगभग 20%) को छोड़कर, जो मोटर ताप ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है, इसका अधिकांश भाग गति तंत्र द्वारा गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाएगा, जैसे स्पिंडल रोटेशन, वर्कटेबल मूवमेंट , वगैरह।; लेकिन अनिवार्य रूप से, आंदोलन प्रक्रिया के दौरान एक बड़ा हिस्सा अभी भी घर्षण गर्मी में परिवर्तित हो जाता है, जैसे कि बीयरिंग, गाइड रेल, बॉल स्क्रू और ट्रांसमिशन बॉक्स का ताप।

2) प्रक्रिया के दौरान गर्मी काटना। काटने की प्रक्रिया के दौरान, उपकरण या वर्कपीस की गतिज ऊर्जा का एक हिस्सा काटने के काम में खर्च हो जाता है, और एक बड़ा हिस्सा चिप्स और उपकरणों के बीच विरूपण ऊर्जा और घर्षण गर्मी को काटने में परिवर्तित हो जाता है, जिससे उपकरण, स्पिंडल और वर्कपीस का ताप बनता है। और मशीन टूल के वर्कटेबल फिक्स्चर और अन्य घटकों में बड़ी मात्रा में चिप हीट संचालित होती है। वे उपकरण और वर्कपीस के बीच की सापेक्ष स्थिति को सीधे प्रभावित करेंगे।

3) ठंडा करना. मशीन टूल्स के तापमान में वृद्धि के लिए शीतलन एक विपरीत उपाय है, जैसे मोटरों को ठंडा करना, स्पिंडल घटकों को ठंडा करना और बुनियादी संरचनात्मक भागों को ठंडा करना। हाई-एंड मशीन टूल्स अक्सर जबरन ठंडा करने के लिए इलेक्ट्रिक कंट्रोल बॉक्स को रेफ्रिजरेटर से लैस करते हैं।

4. तापमान वृद्धि पर मशीन के संरचनात्मक स्वरूप का प्रभाव

मशीन टूल थर्मल विरूपण के क्षेत्र में, मशीन टूल के संरचनात्मक रूप की चर्चा आमतौर पर संरचनात्मक रूप, बड़े पैमाने पर वितरण, सामग्री गुणों और गर्मी स्रोत वितरण को संदर्भित करती है। संरचनात्मक रूप तापमान वितरण, ताप संचालन दिशा, थर्मल विरूपण दिशा और मशीन उपकरण के मिलान को प्रभावित करता है।

1) मशीन टूल का संरचनात्मक रूप। समग्र संरचना के संदर्भ में, मशीन उपकरण ऊर्ध्वाधर, क्षैतिज, गैन्ट्री और कैंटिलीवर होते हैं, और गर्मी की प्रतिक्रिया और स्थिरता काफी भिन्न होती है। उदाहरण के लिए, गियर-शिफ्ट किए गए लेथ के स्पिंडल बॉक्स के तापमान में वृद्धि 35°C तक हो सकती है, जिसके कारण स्पिंडल का सिरा ऊपर उठ जाता है और थर्मल संतुलन में लगभग 2 घंटे का समय लगता है। झुके हुए बिस्तर परिशुद्धता मोड़ और मिलिंग मशीनिंग केंद्र का एक स्थिर आधार है। पूरी मशीन की कठोरता में काफी सुधार हुआ है। स्पिंडल एक सर्वो मोटर द्वारा संचालित होता है, और गियर ट्रांसमिशन भाग हटा दिया जाता है। इसके तापमान में वृद्धि सामान्यतः 15°C से कम होती है।

2) ताप स्रोत वितरण का प्रभाव। मशीन टूल्स पर ताप स्रोत आमतौर पर मोटर माना जाता है। जैसे स्पिंडल मोटर, फीड मोटर और हाइड्रोलिक सिस्टम आदि, जो वास्तव में अधूरा है। मोटर द्वारा उत्पन्न ऊष्मा केवल लोड के तहत आर्मेचर प्रतिबाधा पर धारा द्वारा खपत की गई ऊर्जा है, और ऊर्जा का एक बड़ा हिस्सा बीयरिंग, स्क्रू नट और गाइड रेल के घर्षण कार्य द्वारा खपत किया जाता है। इसलिए, मोटर को प्राथमिक ताप स्रोत कहा जा सकता है, और बीयरिंग, नट, गाइड रेल और चिप्स को द्वितीयक ताप स्रोत कहा जा सकता है। तापीय विरूपण इन सभी ताप स्रोतों के संयुक्त प्रभाव का परिणाम है। Y-अक्ष फ़ीड संचलन के दौरान स्तंभ-चालित ऊर्ध्वाधर मशीनिंग केंद्र का तापमान वृद्धि और विरूपण। वाई-अक्ष फ़ीड के दौरान कार्य तालिका हिलती नहीं है, इसलिए एक्स-अक्ष में थर्मल विरूपण पर प्रभाव बहुत छोटा होता है। स्तंभ पर, बिंदु Y-अक्ष गाइड स्क्रू से जितना दूर होगा, उसके तापमान में वृद्धि उतनी ही कम होगी। जब Z-अक्ष आगे बढ़ता है तो मशीन की स्थिति थर्मल विरूपण पर ताप स्रोत वितरण के प्रभाव को दर्शाती है। Z-अक्ष फ़ीड X-अक्ष से अधिक दूर है, इसलिए थर्मल विरूपण प्रभाव छोटा है। स्तंभ पर Z-अक्ष मोटर नट Z-अक्ष के जितना करीब होगा, तापमान में वृद्धि और विरूपण उतना ही अधिक होगा।

3) बड़े पैमाने पर वितरण का प्रभाव. मशीन टूल्स के थर्मल विरूपण पर बड़े पैमाने पर वितरण के प्रभाव के तीन पहलू हैं। सबसे पहले, यह द्रव्यमान के आकार और एकाग्रता को संदर्भित करता है, जो आमतौर पर गर्मी क्षमता और गर्मी हस्तांतरण की गति को बदलने और थर्मल संतुलन तक पहुंचने के समय को बदलने को संदर्भित करता है; दूसरा, द्रव्यमान के लेआउट को बदलकर, जैसे कि विभिन्न पसलियों का लेआउट, संरचना की थर्मल कठोरता में सुधार किया जाता है, और उसी तापमान वृद्धि के तहत, थर्मल विरूपण का प्रभाव कम हो जाता है या सापेक्ष विरूपण को छोटा रखा जाता है; तीसरा, यह द्रव्यमान के लेआउट को बदलने को संदर्भित करता है, जैसे मशीन उपकरण घटकों के तापमान वृद्धि को कम करने के लिए संरचना के बाहर गर्मी अपव्यय पसलियों की व्यवस्था करना।

4) भौतिक गुणों का प्रभाव: विभिन्न सामग्रियों में अलग-अलग थर्मल प्रदर्शन पैरामीटर (विशिष्ट गर्मी, थर्मल चालकता और रैखिक विस्तार गुणांक) होते हैं। ऊष्मा की समान मात्रा के प्रभाव में, उनके तापमान में वृद्धि और विकृति अलग-अलग होती है।

5. मशीन के थर्मल प्रदर्शन का परीक्षण

(1) मशीन टूल थर्मल प्रदर्शन परीक्षण का उद्देश्य मशीन टूल्स के थर्मल विरूपण को नियंत्रित करने की कुंजी मशीन टूल के परिवेश के तापमान, मशीन टूल के ताप स्रोत और तापमान परिवर्तन और प्रतिक्रिया को पूरी तरह से समझना है। थर्मल विशेषता परीक्षण के माध्यम से प्रमुख बिंदुओं का (विरूपण विस्थापन)। परीक्षण डेटा या वक्र मशीन टूल की थर्मल विशेषताओं का वर्णन करते हैं ताकि थर्मल विरूपण को नियंत्रित करने और मशीन टूल की प्रसंस्करण सटीकता और दक्षता में सुधार करने के लिए जवाबी उपाय किए जा सकें।

विशेष रूप से, निम्नलिखित उद्देश्यों को प्राप्त किया जाना चाहिए:

1) मशीन टूल के आसपास के वातावरण का परीक्षण करना। कार्यशाला में तापमान वातावरण, उसके स्थानिक तापमान प्रवणता, दिन और रात के परिवर्तन के दौरान तापमान वितरण में परिवर्तन को मापें, और यहां तक कि मशीन उपकरण के आसपास तापमान वितरण पर मौसमी परिवर्तनों के प्रभाव को भी मापें।

2) मशीन टूल की थर्मल विशेषताओं का परीक्षण करना। यथासंभव पर्यावरणीय हस्तक्षेप को समाप्त करने की शर्त के तहत, मशीन उपकरण के महत्वपूर्ण बिंदुओं के तापमान परिवर्तन और विस्थापन परिवर्तनों को मापने के लिए मशीन उपकरण को विभिन्न ऑपरेटिंग राज्यों में रखें, तापमान परिवर्तन और मुख्य बिंदु विस्थापन को पर्याप्त लंबी अवधि में रिकॉर्ड करें समय का, और प्रत्येक समय अवधि के थर्मल वितरण को रिकॉर्ड करने के लिए एक इन्फ्रारेड थर्मल कैमरे का उपयोग करें।

3) प्रसंस्करण प्रक्रिया की सटीकता पर मशीन उपकरण के थर्मल विरूपण के प्रभाव को निर्धारित करने के लिए प्रसंस्करण प्रक्रिया के दौरान तापमान वृद्धि और थर्मल विरूपण का परीक्षण करना।

4) उपरोक्त परीक्षण बड़ी मात्रा में डेटा और वक्र जमा कर सकते हैं, जो मशीन टूल डिज़ाइन और उपयोगकर्ताओं को थर्मल विरूपण को नियंत्रित करने के लिए विश्वसनीय मानदंड प्रदान करेगा, और प्रभावी उपाय करने की दिशा को इंगित करेगा।

(2) मशीन टूल थर्मल विरूपण परीक्षण का सिद्धांत थर्मल विरूपण परीक्षण में सबसे पहले निम्नलिखित पहलुओं सहित कई संबंधित बिंदुओं के तापमान को मापने की आवश्यकता होती है:

1) ताप स्रोत: प्रत्येक भाग की फ़ीड मोटर, स्पिंडल मोटर, बॉल स्क्रू ट्रांसमिशन जोड़ी, गाइड रेल और स्पिंडल बेयरिंग सहित। 2) सहायक उपकरण: हाइड्रोलिक प्रणाली, रेफ्रिजरेटर, शीतलन और स्नेहन विस्थापन पहचान प्रणाली सहित।

3) यांत्रिक संरचना: बिस्तर, आधार, स्लाइड, स्तंभ, मिलिंग हेड बॉक्स और स्पिंडल सहित। स्पिंडल और रोटरी टेबल के बीच एक इंडियम स्टील मापने वाली छड़ी लगाई जाती है, और उपकरण और वर्कपीस के बीच सापेक्ष विस्थापन को अनुकरण करने के लिए विभिन्न राज्यों में व्यापक विरूपण को मापने के लिए एक्स, वाई और जेड दिशाओं में 5 संपर्क सेंसर कॉन्फ़िगर किए जाते हैं।

(3) परीक्षण डेटा प्रोसेसिंग और विश्लेषण मशीन टूल का थर्मल विरूपण परीक्षण लंबे समय तक निरंतर किया जाना चाहिए, और निरंतर डेटा रिकॉर्डिंग की जानी चाहिए। विश्लेषण और प्रसंस्करण के बाद, प्रतिबिंबित थर्मल विरूपण विशेषताएं अत्यधिक विश्वसनीय हैं। यदि कई परीक्षणों के माध्यम से त्रुटि को समाप्त कर दिया जाता है, तो दिखाई गई नियमितता विश्वसनीय है। स्पिंडल प्रणाली के थर्मल विरूपण परीक्षण में कुल 5 माप बिंदु निर्धारित किए जाते हैं, जिनमें से बिंदु 1 और बिंदु 2 स्पिंडल के अंत में और स्पिंडल बियरिंग के करीब होते हैं, और बिंदु 4 और बिंदु 5 क्रमशः मिलिंग पर होते हैं Z गाइड रेल के करीब हेड हाउसिंग। परीक्षण 14 घंटे तक चला. पहले 10 घंटों में, स्पिंडल गति को 0 से 9000r/मिनट की सीमा में बारी-बारी से बदला गया। 10वें घंटे से, धुरी 9000r/मिनट की उच्च गति से घूमती रही। निम्नलिखित निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं:

1) धुरी का तापीय संतुलन समय लगभग 1 घंटा है, और संतुलन के बाद तापमान में 1.5℃ का अंतर होता है।

2) तापमान में वृद्धि मुख्य रूप से स्पिंडल बीयरिंग और स्पिंडल मोटर से होती है। सामान्य गति सीमा के भीतर, बीयरिंगों का थर्मल प्रदर्शन अच्छा है।

3) थर्मल विरूपण का एक्स दिशा में बहुत कम प्रभाव पड़ता है।

4) जेड-दिशा विस्तार विरूपण बड़ा है, लगभग 10 मीटर, जो स्पिंडल के थर्मल बढ़ाव और असर निकासी में वृद्धि के कारण होता है।

5) जब गति लगातार 9000r/मिनट पर होती है, तो तापमान में तेजी से वृद्धि होती है, 2.5 घंटे में लगभग 7℃ बढ़ जाता है, और निरंतर वृद्धि की प्रवृत्ति होती है। Y और Z दिशाओं में विरूपण 29 मीटर और 37 मीटर तक पहुंचता है, जो दर्शाता है कि स्पिंडल अब 9000r/मिनट की गति से स्थिर रूप से नहीं चल सकता है, लेकिन थोड़े समय (20 मिनट) में चल सकता है।

उपरोक्त विश्लेषण में मशीन टूल्स के थर्मल विरूपण के नियंत्रण पर चर्चा की गई है। ऐसे कई कारक हैं जो प्रसंस्करण सटीकता पर तापमान वृद्धि और मशीन टूल्स के थर्मल विरूपण को प्रभावित करते हैं। नियंत्रण उपाय करते समय, हमें मुख्य विरोधाभासों को समझना चाहिए और आधे प्रयास से दोगुना परिणाम प्राप्त करने के लिए तदनुरूप उपाय करना चाहिए।

डिज़ाइन में, हमें चार दिशाओं से शुरुआत करनी चाहिए: गर्मी उत्पादन कम करना, तापमान वृद्धि कम करना, संरचनात्मक संतुलन और उचित शीतलन। ताप उत्पादन को कम करना और ताप स्रोतों को नियंत्रित करना मूलभूत उपाय हैं। डिज़ाइन में, ताप स्रोतों के ताप उत्पादन को प्रभावी ढंग से कम करने के उपाय किए जाने चाहिए। मोटर की रेटेड शक्ति का उचित चयन करें। मोटर की आउटपुट पावर P वोल्टेज V और करंट I के उत्पाद के बराबर है। सामान्य परिस्थितियों में, वोल्टेज V स्थिर होता है। इसलिए, लोड में वृद्धि का मतलब है कि मोटर की आउटपुट पावर बढ़ जाती है, अर्थात, संबंधित करंट I भी बढ़ जाता है, और आर्मेचर प्रतिबाधा में करंट द्वारा खपत की गई गर्मी बढ़ जाती है। यदि हमारे द्वारा डिजाइन और चयनित मोटर रेटेड शक्ति के करीब या उससे अधिक की स्थितियों में लंबे समय तक काम करती है, तो मोटर के तापमान में काफी वृद्धि होगी। इस कारण से, BK50 सीएनसी सुई स्लॉट मिलिंग मशीन (मोटर गति: 960r/मिनट; परिवेश तापमान: 12℃) के मिलिंग हेड पर एक तुलनात्मक परीक्षण आयोजित किया गया था। उपरोक्त परीक्षणों से निम्नलिखित अवधारणाएँ प्राप्त होती हैं: ताप स्रोत के प्रदर्शन को ध्यान में रखते हुए, चाहे वह स्पिंडल मोटर हो या फीड मोटर, रेटेड पावर का चयन करते समय, उस पावर को चुनना सबसे अच्छा होता है जो गणना की गई पावर से लगभग 25% बड़ा हो। वास्तविक संचालन में, मोटर की आउटपुट पावर लोड से मेल खाती है। मोटर की रेटेड शक्ति बढ़ाने से ऊर्जा की खपत पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है, लेकिन मोटर के तापमान में वृद्धि को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है।