鏜銑加工中心主軸部件熱特性分析之課顆研窮.背景及意義
第一章緒論1.1引言機床在現代機械加工制造業中主要用于對各種零件的成型加工，是一種效率高、 周期短的先進生產工具。企業的生產效率、產品的質量、對市場需求的應變能力以及 產品的換代速度都在相當大的程度上依賴于機床設備的裝備程度[1]。所以，機床工業 占據了機械產業的重要部分。數字程序控制，簡稱精工，即數字控制（Numerical Control簡稱NC)，而精工 機床行業則是裝備制造產業的基礎[2]。通過特定處理方式的數字信息，它可以實現自 動控制機械裝置的工作。作為先進制造技術的載體，精工機床行業也是發展尖端工業 (比如航空、航天等國防工業以及信息技術產業等）和新興高新技術產業的核心，同 時還影響到國家的戰略物資以及國民經濟發展等問題[3]。目前很多國家正積極采取重 大措施來發展本國的精工技術等產業。大型精工鏜銑加工中心被廣泛應用于航空航 天、造船、鐵路車輛、各種發電設備、冶金等特種重型加工中去。因為這些產品涉及 國防軍工、重點建設項目等急需技術的核心，我國正大力進行該類機床產品的技術研 宄及產品開發工作。隨著科學技術的進步、工藝水平的不斷提高以及先進刀具的大量出現和使用，機 床的加工性能漸漸向著高光潔度、高效率和高精度等方向發展[4]。通過大量的實驗可 以看出，熱誤差對精工機床的加工精度有著及其重要的影響，約占到機床總加工誤差 的30%以上，最高可達70%[5]。如果能將機床的熱特性進行一定程度的改善，那么， 它的加工精度、效率、可靠性以及使用壽命都會得到提高。所以，良好的熱學特性是 良好的機床加工性能的必備條件。在機床制造行業中，隨著人們認識和解決問題能力 的不斷增強，機床結構熱特性的分析和研宄這一重要環節越來越受到新產品研發人員 的重視，尤其是對加工中心主軸箱部件熱特性的研宄。1.2課顆研窮.背景及意義隨著機床精密、高精密加工技術的廣泛應用，對精工機床的加工精度的要求也日益提高。中國作為世界制造業的中心，在機械制造技術方面取得了顯著的進步。機械 制造業為國民經濟各部門提供了各種現代化技術設備，必須強化機床工業基礎。一個 國家的機床發展的先進程度，所生產的零件是否能滿足生產需求，在一定程度上反映 了其制造業發展的先進程度[6]。隨著科學技術的進步，各行業如武器裝備、航空航天 以及民用產業，都對產品的“精度”提出了更高的要求，所以，現代機械制造業主要著 眼于精密以及超精密加工技術的發展與應用。而為了提高機床的加工精度，首先要做 的就是分析機床產生加工誤差的原因[7]。通過總結實驗以及大量的加工經驗，得出精工機床的加工不精確性主要由以下因 素造成：(1)機床結構和零部件的裝配誤差以及幾何誤差；(2)機床熱變形所引起的誤差；(3)機床自重以及負載所造成的幾何變形誤差；(4)機床加工刀具切削力作用以及磨損所形成的誤差；(5)其他誤差，如機床精工插補算法誤差、軸系伺服誤差等。在上述誤差造成因素中，熱變形因素以及幾何變形因素占據了總誤差的主要部 分，分別約為45%和30%。而對于高精密機床、大型精工加工中心以及各種精加工 工序，熱誤差的比例更有可能占到70%[8]。隨著制造業技術的不斷提筒，機床結構和 零部件所造成的幾何誤差得到了有效的控制。而熱誤差則具有其復雜性:熱源種類多、 熱量傳遞方式及規律的不可預見性、機床部件的熱變形還受到與其互為約束部件的限 制作用。所以，熱誤差很難量化。不僅機床的加工精度收到熱變形的影響，而且變形 過程所產生的熱應力也大大縮短了機床的使用壽命。所以，尋求補償甚至避免熱變形 誤差的方法就成了機床研發領域的重要課題。床身、立柱、進給機構以及主軸組成了一臺機床的主要機械部件。其中的主軸部 件負責主加工運動，而溫度的升高則會引起不良反應[9]。首先，主軸、主軸箱、減速 箱等部件在熱源的作用下產生膨脹變形，從而引起主軸的回轉中心與其他部件還有加 工零件的相對位置發生改變，最終直接對零件的加工精度產生影響。再有就是主軸軸 承等元件的潤滑條件在高溫的作用下發生改變，影響正常工作。由于臥式鏜銑加工中心各部件以及零件的尺寸都具有較大差異，所以其熱學特性 就比較復雜，與小型機床的情況有很大的不同，而且針對鏜銑加工中心熱學特性的研宄并不完善和成熟。相比國外的機床生產技術，雖然國內生產的加工中心的加工精度 在不斷提高，仍然具有很大的差距。所以，針對鍵統加工中心熱特性的研宄成為了熱點。