某型立式加工中心機(jī)床的主軸溫升及熱誤差分析

周帥 吳玉亮

摘要：本文對某型立式加工中心機(jī)床進(jìn)行了主軸溫升及熱誤差測試，得到了測試數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)對此型機(jī)床進(jìn)行了主軸溫升及熱誤差分析，并提出了減小熱誤差的改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：主軸溫升；熱誤差

前言

數(shù)控機(jī)床作為一種高精度、高效率和智能化的自動(dòng)化加工設(shè)備，是發(fā)展高新技術(shù)民用產(chǎn)業(yè)（如包裝、化工、食品加工等民用工業(yè)）和尖端軍事工業(yè)（如航空、航天、船舶等國防工業(yè)）的最基本裝備[1，2]。研究顯示，數(shù)控機(jī)床的熱誤差是引起數(shù)控機(jī)床加工精度降低的主要因素，占機(jī)床總體誤差的70%左右[3，4]，而機(jī)床中主要受熱影響的部位為機(jī)床的主軸系統(tǒng)，對數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)開展的熱誤差機(jī)理研究，是降低或避免熱誤差的重要途徑。本文針對某型立式加工中心機(jī)床進(jìn)行了主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)的溫升和熱誤差分析，并提出了改進(jìn)建議。

1 主軸溫升及熱誤差測試

對十臺某型立式加工中心機(jī)床進(jìn)行了主軸溫升及熱誤差測試，以期獲得盡可能多的數(shù)據(jù)。測試如圖1所示。

測試過程中，主軸轉(zhuǎn)速保持在20000rpm，測試進(jìn)行至直至主軸熱誤差不再增大，即達(dá)到平衡狀態(tài)。

2 測試結(jié)果匯總

主軸溫升和熱誤差測試結(jié)果如表1所示。

3 主軸溫升及熱誤差的分析

X向熱誤差較小，因此不做分析。僅對Y向和Z向分析。Y向熱誤差如圖2所示。Z向熱誤差如圖3所示。

Y向熱誤差基本可滿足60um以內(nèi)的精度要求。Z向熱誤差可滿足80um以內(nèi)的精度要求。Y向需要3小時(shí)基本穩(wěn)定，Z向需要1.5小時(shí)基本穩(wěn)定。環(huán)境溫度的變化對主軸熱誤差影響較小，影響主軸熱誤差的因素主要還是主軸自身的發(fā)熱。熱誤差是由于主軸旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致摩擦生熱，進(jìn)而引起金屬熱膨脹帶來的變形，因此若想控制熱誤差，建議采取冷卻措施。對于更高的精度要求，建議對主軸箱進(jìn)行冷卻。

4 結(jié)論

本文對某型立式加工中心機(jī)床進(jìn)行了主軸溫升及熱誤差測試，得到了十臺份的測試數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)對此型機(jī)床進(jìn)行了熱誤差分析，并提出了減小熱誤差的改進(jìn)建議。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊建國. 數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].航空制造技術(shù)，2012，401（3）：40-45.

[2] 張曙，張柄.中國機(jī)床工業(yè)的回顧與展望[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2016，45（1）：1-10.

[3] Week M Mc，Keown P，Bonse R，et a1.Reduction and compensation of thermal error in machine tools [J].CIRP Ann-Manufacturing Technology，1995，44（2）：589-598.

[4] Ferrerira P M，Liu C R.A method for estimating and compensating quasistatic errors of machine tools[J].Journal of Engineering for Industry，1993，115（1）：149-159.

（作者單位：沈陽機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)研究院實(shí)驗(yàn)室）