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数控车床主轴温度场分布检测

来源:数控车床 作者:数控车床 时间:2019-06-18
       数控加工技术向着高可靠性、高速度以及高精度的方向快速发展,现代制造行业对数控机床的加工速度、加工效率的要求越来越高。改善车床的热特性,成为制造业发展中最重要的研究课题之一。
 
       数控车床产生的热变形,是因为车床的温度升高而造成车床部件会膨胀或者变形,从而导致刀具与工件之间的相对位移产生变化。热误差是高精度、高速机床的最大误差源,约占总误差的70%左右。
 
       主轴作为高档数控车床的最重要零部件之一,主轴的热变形主要是由主轴的温度场分布不均匀所导致的,对数控车床主轴的温度场进行测试,对后续进行热变形分析,提高车床的加工精度、加工效率显得尤为重要。 
 
       我们以数控车床主轴为研究对象,对主轴热稳定后的整体温度变化以及分布数据进行测试,并提出改善由于热源所造成的主轴温度场分布不均匀的方案。直接对改善车床主轴的热特性提供了依据。
 
       1、数控车床主轴的热源
       在正常工作的情况之下,数控车床的主轴受到内、外热源的作用,这些热源都不是恒定的,内部热源与外部热源的分类如图1所示。由于主轴上各零件的机构、材料、形状都不尽相同,受热性能也不相同;在结合面处的每个连接件之间有不相同的表面传热情况以及一定的热阻等因素,使得数控车床主轴表面产生了一个多变、复杂的温度场。在形成的温度场作用的影响之下,主轴上每个零部件材料所生成的热应力与热位移随着零部件的形状、支承的方式以及材料本身的物理属性的不同而不同,这样,主轴的热变形问题将变得更为复杂。
 
       对主轴部件的加工精度起着最重要影响作用的因素不是温升,而是主轴上温度场的分布,其实是指温度的梯度与温度场相对于主轴的对称性分布。虽然主轴部件的温升比较高,但是,其温度场的分布比较均匀,主轴系统每个点上的温差比较小,主轴上温度的梯度也很小,这样,由温升引起的误差很小。但是,即使主轴系统的温升很小,而主轴上每个点的温度场分布不对称或者是各个点的温差比较大,这样,所导致的加工误差也会很大。
 
       2 、FLIR红外热成像仪测温
       红外测温为非接触式测量,不改变被测量介质的温度场,并且可以对移动物件的动态温度进行测量。红外测温的缺点为,在1000℃以下进行测量时,温度误差较大。但是,对于运行中的机床进行测量,尤其是指对旋转部件的温度检测,这种非接触式的测温方式是最为合适的。
 
       利用热成像仪来检测物体辐射单元的辐射能量。利用斯蒂芬.玻尔兹曼定律来求辐射单元的表面温度,被测物体表面的辐射能量被红外线热像仪转化成为视频可见的图像,通过光扫描机构,红外探测器进行探测辐射单元的辐射能量,并且将辐射单元的辐射能量转化成为电子视频信号,再经过信号的处理,能够显示出可见的图像。热像图用来表示被测量表面的二维辐射能量场以及所对应的物体表面的温度分布场。
 
       在测量之前确定的参数有:被测量物体表面的发射率ε,被测量物体和热成像仪检测元件之间的距离Dobj,被测量物体周围的温度或者环境反射温度Trefl,及其大气温度Tatm。
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