主軸箱加工精度對數控車床主軸溫度及溫升的影響

王連成

摘 要：隨著社會經濟的不斷發展，我國機械制造業得到了迅猛發展，很多機械制造廠都已經開始大量使用數控車床。而在數控車床生產的過程中，主軸箱的加工精度會對數控車床主軸的溫度以及溫升造成很大的影響。本文首先進行了主軸箱的加工精度概述，然后重點探討了主軸箱加工精度對數控車床主軸溫度及溫升的影響。

關鍵詞：主軸箱;加工精度;數控車床;主軸溫度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.013

2020年我國要基本實現工業化，從而進一步鞏固我國制造業大國的地位，并且大幅度提高我國制造業信息化水平。制造業發展過程中，一項重要的組成部分就是高檔數控車床，不斷開發出具有柔性、高效、高速以及精密的數控車床。數控車床制造過程中，主軸箱的加工精度會直接影響到數控車床主軸的溫度以及溫升，本文將對其進行簡要的分析[1]。

1 主軸箱加工精度對數控車床主軸溫度及溫升的影響

本文主要以典型的主軸箱為例來分析主軸箱加工精度對主軸溫度以及溫升的影響。主軸箱的典型結構為前端固定后端游動，并且在裝配過程中一般由法蘭盤、鎖緊螺母對軸承施加一定的預緊力，這樣就使得軸承的游隙無限接近于零，甚至會成為負值，有利于提高數控車床主軸的剛性。要想消除各零部件在加工過程中由于誤差產生的相互干涉，需要一些零件能夠具備彈性變形的能力。而要想克服零件的彈性變形產生的力，從而提高數控機床主軸的剛性，需要在各支撐件上產生反作用力。數控機床工作過程中，主軸會高速運轉，這時候這些反作用力就會做功并且產生較大的熱量，從而導致數控車床主軸的溫度以及溫升升高。而產生這些力的主要因素就是主軸箱在加工過程中存在一些加工誤差[2]。

對主軸前后軸承孔誤差進行分析的時候，可以將主軸簡化為一個簡支梁進行分析，并且假設a為前后軸承的跨距，M為軸線的偏差，如果主軸要能夠產生大小為M的彈性變形，那么其會產生的反作用力就是F1，根據相關公式可以求出F1。

F1=6EIM/2a3

I=π（D4-d4）/64

此公式中，E代表的是主軸所使用鋼的彈性模量，I為主軸的慣性矩，d為主軸的內徑，D為主軸的外徑。將兩個公式進行疊加就能夠計算出F1的大小。

F1=6*200*π（D4-d4）M/128a3

=30.26（D4-d4）Ma3

軸承孔定位面對前后軸承的公共軸線的垂直度也會出現較大的誤差，并且會產生一些反作用力。為了消除這個誤差的存在，軸承的外環就會出現較大的彈性變形。進行分析的過程中，我們可以假設軸線和定位面的夾角為，軸承外環的平均直徑是d1，軸承外環的寬度為A，假設這種誤差產生的作用力為F2，那么就可以根據相關的公式求出F2。

F2=6EI1A/2（tgd1）3

I1=π（D14-d24）/64

此公式中，軸承使用鋼的彈性模量為E，軸承外環的慣性矩為I1，軸承外環的外徑為D1，軸承外環的內徑為d2，將兩個公式進行疊加就能夠求出F2。

F2=6*200*π（D14-d24）A/（tgd1）3

=30.26（D14-d24）A/（tgd1）3

這樣，通過F1和F2就能夠求出總的作用力，假如數控車床主軸的轉速是n，使用鋼的摩擦系數為，這樣就能夠計算出力所做的功：W=πFnd2。

以某數控車床主軸為例，假設其轉速為2000r/min，A為46mm，d1為240mm，d2為240mm，D1為260mm，a為650mm，d為100mm，D為170mm，將這些數值代入到上述的公式中，我們就能夠計算出主軸上的反作用力所做的功為0.18kW。根據能量守恒定律，這些所做的功最后都會轉變為熱量，從而導致數控機床的主軸溫度以及溫升得到增加。因此，數控車床在運行過程中，要想保證主軸能夠高速穩定的運轉，必須采取一些有效的措施來提高主軸箱的加工精度。

2 提高主軸箱加工精度的有效措施

2.1 保證箱體材質以及切削余量均勻合理

對主軸箱加工精度影響比較大的一個因素就是切削力的變化。因此在選擇加工工藝的過程中需要保證箱體的切削余量以及毛坯材質要能夠均勻合理。必要的時候可以使用熱處理工藝來對毛坯進行處理，這樣能夠保證材料具有相同的機械性能，并且進行劃線的時候要保證主軸孔等的切削余量要和孔壁的厚度保持一致并且均勻。

2.2 將粗加工和精加工分開

進行主軸箱加工的過程中，為了保證其加工精度，需要將粗加工和精加工分開，防止由于切削過程中產生的熱量導致熱變形。主軸箱在粗加工過程中，會產生一些切削熱，并且不同的部位存在著不同的溫升。如果薄壁處的金屬比較少，那么其溫度就升高的比較快，如果薄壁處的金屬比較多，那么溫度就升高的比較慢。如果在進行精鏜的過程中主軸箱沒有完全冷卻，那么就會導致薄壁處的溫度比較高并且出現較大的熱變形。要想消除這種熱變形帶來的影響，就需要將粗加工和精加工分離開來。主軸箱的箱體屬于薄壁零件，因此在進行裝夾的時候要使用合理的夾緊點以及夾緊力，防止由于彈性變形而對主軸箱的加工精度產生較大的影響。進行精鏜工序的時候，需要合理設置各孔的位置偏差以及形狀偏差，以免由于誤差產生的零件同軸度超差，從而造成零件的浪費。

3 結束語

制造業中一個重要的組成就是數控車床，影響數控車床主軸溫度以及溫升的主要因素就是主軸箱的加工精度。主要原因就是加工誤差會產生一些作用力，做功會產生較大的熱量，進而提高主軸的溫度以及溫升。

參考文獻：

[1]李志偉.基于熱-結構順序耦合對機床主軸箱環境溫度的熱特性分析[J].機械研究與應用，2017，30（02）：96-100.

[2]馬旭，張艷微，王躍武.某數控車床開展的主軸溫升及熱變形測試研究[J].南方農機，2017，48（08）：29.