实施ISO230-3对五轴联动铣车复合加工中心主轴热效应测定方法的研究


      近年来,随着全球制造业水平的不断提高,在精密制造领域,对于数控机床在生产中加工精度的要求也不断提高,热效应成了决定加工质量的主要因素。主轴部件的发热,对数控机床的加工精度和精度的稳定性产生影响。为了确定温度变化对主轴精度的影响,需要对数控机床主轴的热效应误差进行研究[1]。尽管国内提出了GB/T17421.3—2009《机床检验通则第3部分:热效应的确定》[2]等热效应测量方法,但该方法并未在国内企业中得到广泛的应用。由于主轴热效应检测数控机床的种类和用途不同,机械主轴的结构差别较大,同时会受到周围环境以及冷却液、润滑油等其他因素影响,理论上不能确定主轴运转的温升和空间的热效应引起的变形量。近年来,众多学者对数控机床主轴的热效应进行了研究。密歇根大学的YANG等[3]在1996年利用15个热传感器描述机床温度范围并利用该系统提高了T-10加工中心的几何—热容精度,将加工中心的最大线位移误差和主轴空间热位移大幅度减小了。JEDRZEJEWSKI等[4-7]进行了机床热源数学模型的建立,实现了比较精确地温度场和热效应关系的预测。舒强等[8]通过检验棒本身的变形误差确定主轴的热效应。吴丽[9]通过激光三角测量仪对主轴3个方向上的位移进行监测并与红外线热成像仪测得的温度进行了对比得到了有效的实验数据。ISO230-3是一种规范和测试机床热效应测定的检验标准。该标准可检测机床的环境温度变化误差ETVE(EnvironmontalTemperatureVariationError,ETVE)以及由主轴旋转造成的热效应,从而确定由于热效应引起的误差[10]。本文以该检验标准测定五轴联动铣车复合加工中心主轴的热效应引起的变形,以此来确定该方法适用于企业机床。

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讨论与结论

       热效应是引起数控机床主轴误差的主要因素,只有检测出精确的变化,才能正确的提供出对应的热补偿方法。白路[13]通过传统的误差补偿测量与建模手段,以某立式数控加工中心机床主轴为测试对象,对其温度、Z轴热误差进行测试与分析,但是选取测试转速较为单一,无法体现转速对于主轴温升的影响。与吴丽[9]的研究相比,本研究的检测方法以及检测对象更适用于机床企业。本文以XCM1600五轴联动铣车复合加工中心为例进行研究分析,得到以下结论:

       (1)主轴由旋转造成热效应引起的变形与温度呈正相关,且具有非线性特征,随着温度的增长,变形也会更加明显;

       (2)在主轴旋转的最初60min内主轴的温升幅度较大,变形幅度也是最大的;

       (3)ISO230-3适用于企业机床的检测。

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