《主轴箱加工精度对数控车床主轴温度与温升的影响》
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摘 要：随着社会经济的不断发展,我国机械制造业得到了迅猛发展,很多机械制造厂都已经开始大量使用数控车床.而在数控车床生产的过程中,主轴箱的加工精度会对数控车床主轴的温度以及温升造成很大的影响.本文首先进行了主轴箱的加工精度概述,然后重点探讨了主轴箱加工精度对数控车床主轴温度及温升的影响.
关键词：主轴箱;加工精度;数控车床;主轴温度
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.013
2020年我国要基本实现工业化,从而进一步巩固我国制造业大国的地位,并且大幅度提高我国制造业信息化水平.制造业发展过程中,一项重要的组成部分就是高档数控车床,不断开发出具有柔性、高效、高速以及精密的数控车床.数控车床制造过程中,主轴箱的加工精度会直接影响到数控车床主轴的温度以及温升,本文将对其进行简要的分析[1].
1 主轴箱加工精度对数控车床主轴温度及温升的影响
本文主要以典型的主轴箱为例来分析主轴箱加工精度对主轴温度以及温升的影响.主轴箱的典型结构为前端固定后端游动,并且在装配过程中一般由法兰盘、锁紧螺母对轴承施加一定的预紧力,这样就使得轴承的游隙无限接近于零,甚至会成为负值,有利于提高数控车床主轴的刚性.要想消除各零部件在加工过程中由于误差产生的相互干涉,需要一些零件能够具备弹性变形的能力.而要想克服零件的弹性变形产生的力,从而提高数控机床主轴的刚性,需要在各支撑件上产生反作用力.数控机床工作过程中,主轴会高速运转,这时候这些反作用力就会做功并且产生较大的热量,从而导致数控车床主轴的温度以及温升升高.而产生这些力的主要因素就是主轴箱在加工过程中存在一些加工误差[2].
对主轴前后轴承孔误差进行分析的时候,可以将主轴简化为一个简支梁进行分析,并且假设a为前后轴承的跨距,M为轴线的偏差,如果主轴要能够产生大小为M的弹性变形,那么其会产生的反作用力就是F1,根据相关公式可以求出F1.
F1等于6EIM/2a3
I等于π（D4-d4）/64
此公式中,E代表的是主轴所使用钢的弹性模量,I为主轴的惯性矩,d为主轴的内径,D为主轴的外径.将两个公式进行叠加就能够计算出F1的大小.
F1等于6*200*π（D4-d4）M/128a3
等于30.26（D4-d4）Ma3
轴承孔定位面对前后轴承的公共轴线的垂直度也会出现较大的误差,并且会产生一些反作用力.为了消除这个误差的存在,轴承的外环就会出现较大的弹性变形.进行分析的过程中,我们可以假设轴线和定位面的夹角为,轴承外环的平均直径是d1,轴承外环的宽度为A,假设这种误差产生的作用力为F2,那么就可以根据相关的公式求出F2.
F2等于6EI1A/2（tgd1）3
I1等于π（D14-d24）/64
此公式中,轴承使用钢的弹性模量为E,轴承外环的惯性矩为I1,轴承外环的外径为D1,轴承外环的内径为d2,将两个公式进行叠加就能够求出F2.
F2等于6*200*π（D14-d24）A/（tgd1）3
等于30.26（D14-d24）A/（tgd1）3
这样,通过F1和F2就能够求出总的作用力,假如数控车床主轴的转速是n,使用钢的摩擦系数为,这样就能够计算出力所做的功：W等于πFnd2.
以某数控车床主轴为例,假设其转速为2000r/min,A为46mm,d1为240mm,d2为240mm,D1为260mm,a为650mm,d为100mm,D为170mm,将这些数值代入到上述的公式中,我们就能够计算出主轴上的反作用力所做的功为0.18kW.根据能量守恒定律,这些所做的功最后都会转变为热量,从而导致数控机床的主轴温度以及温升得到增加.因此,数控车床在运行过程中,要想保证主轴能够高速稳定的运转,必须采取一些有效的措施来提高主轴箱的加工精度.
2 提高主轴箱加工精度的有效措施
2.1 保证箱体材质以及切削余量均匀合理
对主轴箱加工精度影响比较大的一个因素就是切削力的变化.因此在选择加工工艺的过程中需要保证箱体的切削余量以及毛坯材质要能够均匀合理.必要的时候可以使用热处理工艺来对毛坯进行处理,这样能够保证材料具有相同的机械性能,并且进行划线的时候要保证主轴孔等的切削余量要和孔壁的厚度保持一致并且均匀.
2.2 将粗加工和精加工分开
进行主轴箱加工的过程中,为了保证其加工精度,需要将粗加工和精加工分开,防止由于切削过程中产生的热量导致热变形.主轴箱在粗加工过程中,会产生一些切削热,并且不同的部位存在着不同的温升.如果薄壁处的金属比较少,那么其温度就升高的比较快,如果薄壁处的金属比较多,那么温度就升高的比较慢.如果在进行精镗的过程中主轴箱没有完全冷却,那么就会导致薄壁处的温度比较高并且出现较大的热变形.要想消除这种热变形带来的影响,就需要将粗加工和精加工分离开来.主轴箱的箱体属于薄壁零件,因此在进行装夹的时候要使用合理的夹紧点以及夹紧力,防止由于彈性变形而对主轴箱的加工精度产生较大的影响.进行精镗工序的时候,需要合理设置各孔的位置偏差以及形状偏差,以免由于误差产生的零件同轴度超差,从而造成零件的浪费.
3 结束语
制造业中一个重要的组成就是数控车床,影响数控车床主轴温度以及温升的主要因素就是主轴箱的加工精度.主要原因就是加工误差会产生一些作用力,做功会产生较大的热量,进而提高主轴的温度以及温升.
参考文献：
[1]李志伟.基于热-结构顺序耦合对机床主轴箱环境温度的热特性分析[J].机械研究与应用,2017,30（02）：96-100.
[2]马旭,张艳微,王跃武.某数控车床开展的主轴温升及热变形测试研究[J].南方农机,2017,48（08）：29.
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