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(xiàn)代機械加工制造業(yè)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(chǎn)工具。企業(yè)的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品的質(zhì)量、對市場需求的應(yīng)變能力以及 產(chǎn)品的換代速度都在相當大的程度上依賴于機床設(shè)備的裝備程度[1]。所以，機床工業(yè) 占據(jù)了機械產(chǎn)業(yè)的重要部分。數(shù)字程序控制，簡稱精工，即數(shù)字控制（Numerical Control簡稱NC)，而精工 機床行業(yè)則是裝備制造產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)[2]。通過特定處理方式的數(shù)字信息，它可以實現(xiàn)自 動控制機械裝置的工作。作為先進制造技術(shù)的載體，精工機床行業(yè)也是發(fā)展尖端工業(yè) (比如航空、航天等國防工業(yè)以及信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)等）和新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，同 時還影響到國家的戰(zhàn)略物資以及國民經(jīng)濟發(fā)展等問題[3]。目前很多國家正積極采取重 大措施來發(fā)展本國的精工技術(shù)等產(chǎn)業(yè)。大型精工鏜銑加工中心被廣泛應(yīng)用于航空航 天、造船、鐵路車輛、各種發(fā)電設(shè)備、冶金等特種重型加工中去。因為這些產(chǎn)品涉及 國防軍工、重點建設(shè)項目等急需技術(shù)的核心，我國正大力進行該類機床產(chǎn)品的技術(shù)研 宄及產(chǎn)品開發(fā)工作。隨著科學技術(shù)的進步、工藝水平的不斷提高以及先進刀具的大量出現(xiàn)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(fā)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(yè)中，隨著人們認識和解決問題能力 的不斷增強，機床結(jié)構(gòu)熱特性的分析和研宄這一重要環(huán)節(jié)越來越受到新產(chǎn)品研發(fā)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(shù)的廣泛應(yīng)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(yè)的中心，在機械制造技術(shù)方面取得了顯著的進步。機械 制造業(yè)為國民經(jīng)濟各部門提供了各種現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)備，必須強化機床工業(yè)基礎(chǔ)。一個 國家的機床發(fā)展的先進程度，所生產(chǎn)的零件是否能滿足生產(chǎn)需求，在一定程度上反映 了其制造業(yè)發(fā)展的先進程度[6]。隨著科學技術(shù)的進步，各行業(yè)如武器裝備、航空航天 以及民用產(chǎn)業(yè)，都對產(chǎn)品的“精度”提出了更高的要求，所以，現(xiàn)代機械制造業(yè)主要著 眼于精密以及超精密加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)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(chǎn)生加工誤差的原因[7]。通過總結(jié)實驗以及大量的加工經(jīng)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(jié)構(gòu)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(jù)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(yè)技術(shù)的不斷提筒，機床結(jié)構(gòu)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(fù)雜性:熱源種類多、 熱量傳遞方式及規(guī)律的不可預(yù)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(chǎn)生的熱應(yīng)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(fā)領(lǐng)域的重要課題。床身、立柱、進給機構(gòu)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(yīng)[9]。首先，主軸、主軸箱、減速 箱等部件在熱源的作用下產(chǎn)生膨脹變形，從而引起主軸的回轉(zhuǎn)中心與其他部件還有加 工零件的相對位置發(fā)生改變，最終直接對零件的加工精度產(chǎn)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(fā)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(fù)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(chǎn)技術(shù)，雖然國內(nèi)生產(chǎn)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(tǒng)加工中心熱特性的研宄成為了熱點。