數(shù)控車床主軸溫度場(chǎng)分布檢測(cè)

      數(shù)控加工技術(shù)向著高可靠性、高速度以及高精度的方向快速發(fā)展，現(xiàn)代制造行業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工速度、加工效率的要求越來(lái)越高。改善車床的熱特性，成為制造業(yè)發(fā)展中最重要的研究課題之一。
 
       數(shù)控車床產(chǎn)生的熱變形，是因?yàn)檐嚧驳臏囟壬叨斐绍嚧膊考?huì)膨脹或者變形，從而導(dǎo)致刀具與工件之間的相對(duì)位移產(chǎn)生變化。熱誤差是高精度、高速機(jī)床的最大誤差源，約占總誤差的70%左右。
 
       主軸作為高檔數(shù)控車床的最重要零部件之一，主軸的熱變形主要是由主軸的溫度場(chǎng)分布不均勻所導(dǎo)致的，對(duì)數(shù)控車床主軸的溫度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)后續(xù)進(jìn)行熱變形分析，提高車床的加工精度、加工效率顯得尤為重要。 
 
       我們以數(shù)控車床主軸為研究對(duì)象，對(duì)主軸熱穩(wěn)定后的整體溫度變化以及分布數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，并提出改善由于熱源所造成的主軸溫度場(chǎng)分布不均勻的方案。直接對(duì)改善車床主軸的熱特性提供了依據(jù)。
 
       1、數(shù)控車床主軸的熱源
       在正常工作的情況之下，數(shù)控車床的主軸受到內(nèi)、外熱源的作用，這些熱源都不是恒定的，內(nèi)部熱源與外部熱源的分類如圖1所示。由于主軸上各零件的機(jī)構(gòu)、材料、形狀都不盡相同，受熱性能也不相同；在結(jié)合面處的每個(gè)連接件之間有不相同的表面?zhèn)鳠崆闆r以及一定的熱阻等因素，使得數(shù)控車床主軸表面產(chǎn)生了一個(gè)多變、復(fù)雜的溫度場(chǎng)。在形成的溫度場(chǎng)作用的影響之下，主軸上每個(gè)零部件材料所生成的熱應(yīng)力與熱位移隨著零部件的形狀、支承的方式以及材料本身的物理屬性的不同而不同，這樣，主軸的熱變形問(wèn)題將變得更為復(fù)雜。
 
       對(duì)主軸部件的加工精度起著最重要影響作用的因素不是溫升，而是主軸上溫度場(chǎng)的分布，其實(shí)是指溫度的梯度與溫度場(chǎng)相對(duì)于主軸的對(duì)稱性分布。雖然主軸部件的溫升比較高，但是，其溫度場(chǎng)的分布比較均勻，主軸系統(tǒng)每個(gè)點(diǎn)上的溫差比較小，主軸上溫度的梯度也很小，這樣，由溫升引起的誤差很小。但是，即使主軸系統(tǒng)的溫升很小，而主軸上每個(gè)點(diǎn)的溫度場(chǎng)分布不對(duì)稱或者是各個(gè)點(diǎn)的溫差比較大，這樣，所導(dǎo)致的加工誤差也會(huì)很大。
 
       2 、FLIR紅外熱成像儀測(cè)溫
       紅外測(cè)溫為非接觸式測(cè)量，不改變被測(cè)量介質(zhì)的溫度場(chǎng)，并且可以對(duì)移動(dòng)物件的動(dòng)態(tài)溫度進(jìn)行測(cè)量。紅外測(cè)溫的缺點(diǎn)為，在1000℃以下進(jìn)行測(cè)量時(shí)，溫度誤差較大。但是，對(duì)于運(yùn)行中的機(jī)床進(jìn)行測(cè)量，尤其是指對(duì)旋轉(zhuǎn)部件的溫度檢測(cè)，這種非接觸式的測(cè)溫方式是最為合適的。
 
       利用熱成像儀來(lái)檢測(cè)物體輻射單元的輻射能量。利用斯蒂芬.玻爾茲曼定律來(lái)求輻射單元的表面溫度，被測(cè)物體表面的輻射能量被紅外線熱像儀轉(zhuǎn)化成為視頻可見(jiàn)的圖像，通過(guò)光掃描機(jī)構(gòu)，紅外探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)輻射單元的輻射能量，并且將輻射單元的輻射能量轉(zhuǎn)化成為電子視頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)信號(hào)的處理，能夠顯示出可見(jiàn)的圖像。熱像圖用來(lái)表示被測(cè)量表面的二維輻射能量場(chǎng)以及所對(duì)應(yīng)的物體表面的溫度分布場(chǎng)。

       在測(cè)量之前確定的參數(shù)有：被測(cè)量物體表面的發(fā)射率ε，被測(cè)量物體和熱成像儀檢測(cè)元件之間的距離Dobj，被測(cè)量物體周圍的溫度或者環(huán)境反射溫度Trefl，及其大氣溫度Tatm。
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