卧式加工中心主轴系统温度场分布测试与研究

随着机械制造技术向高精度、高自动化方向发展,人们对数控机床加工精度的要求越来越高。在加工过程中,受切削热、电气部件发热、机床运动部件摩擦以及环境温度变化等因素的影响,数控机床工作过程中非常容易产生误差,其中热误差成为当前数控机床误差源之一,在机床总的加工误差中占 40% ~ 70%[1]。热误差主要是由于温度场分布不均匀而形成的,因此对数控机床主轴系统温度场进行测试与研究具有重要意义开发了一种由计算机分析主轴热特性的模型,使得主轴单元热特性在开发早期阶段就能得到有效定量估计[2]。计昌柱等人针对机床热变形误差测量系统存在的缺陷,提出了一种提高测量精度的圆心处理方法[3]。、

本文将以 HMC50e、HMC63e 两种型号卧式加工中心主轴系统为研究对象,建立对应的测量方案,运用 FLIR 红外热像仪分别对两种型号卧式加工中心主轴系统初始状态与热测试终点温度场分布进行了检测。

1 实验设计

实验主要在空切削状态下进行,不考虑切屑和切削运动影响。机床在冷态下开始运行,在室温环境下进行测试,为了保证实验具有良好的初始条件,机床在实验前 12h 之内处于空闲状态,测试过程中不准中途停车,保证实验数据准确无误。

运用 FLIR 红外热像仪对机床主轴轴承以及其他主要热源稳定温度与温升变化规律进行测定。实验所测试卧式加工中心主轴的转速为 4000 ~ 5000r/min,为保证机床在测试过程中运行安全,测量转速设置为 3000r/min,机床连续运行 3.5h。

2 实验结果分析

根据以上实验安装方法,使用 FLIR 热像仪测得 HMC50e卧式加工中心主轴系统初始状态与热测试终点时温度场分布情况,如图 1、图 2 所示;HMC63e 卧式加工中心主轴系统初始状态与热测试终点时温度场分布如图 3、图 4 所示。对比不同型号的温度场分布图,可得主轴箱体前端最近位置温度,且主轴箱体温度场分布呈现前高、中低、后高的分布状态。

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