王連成

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)得到了迅猛發(fā)展，很多機(jī)械制造廠都已經(jīng)開始大量使用數(shù)控車床。而在數(shù)控車床生產(chǎn)的過(guò)程中，主軸箱的加工精度會(huì)對(duì)數(shù)控車床主軸的溫度以及溫升造成很大的影響。本文首先進(jìn)行了主軸箱的加工精度概述，然后重點(diǎn)探討了主軸箱加工精度對(duì)數(shù)控車床主軸溫度及溫升的影響。

關(guān)鍵詞：主軸箱;加工精度;數(shù)控車床;主軸溫度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.013

2020年我國(guó)要基本實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，從而進(jìn)一步鞏固我國(guó)制造業(yè)大國(guó)的地位，并且大幅度提高我國(guó)制造業(yè)信息化水平。制造業(yè)發(fā)展過(guò)程中，一項(xiàng)重要的組成部分就是高檔數(shù)控車床，不斷開發(fā)出具有柔性、高效、高速以及精密的數(shù)控車床。數(shù)控車床制造過(guò)程中，主軸箱的加工精度會(huì)直接影響到數(shù)控車床主軸的溫度以及溫升，本文將對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析[1]。

1 主軸箱加工精度對(duì)數(shù)控車床主軸溫度及溫升的影響

本文主要以典型的主軸箱為例來(lái)分析主軸箱加工精度對(duì)主軸溫度以及溫升的影響。主軸箱的典型結(jié)構(gòu)為前端固定后端游動(dòng)，并且在裝配過(guò)程中一般由法蘭盤、鎖緊螺母對(duì)軸承施加一定的預(yù)緊力，這樣就使得軸承的游隙無(wú)限接近于零，甚至?xí)蔀樨?fù)值，有利于提高數(shù)控車床主軸的剛性。要想消除各零部件在加工過(guò)程中由于誤差產(chǎn)生的相互干涉，需要一些零件能夠具備彈性變形的能力。而要想克服零件的彈性變形產(chǎn)生的力，從而提高數(shù)控機(jī)床主軸的剛性，需要在各支撐件上產(chǎn)生反作用力。數(shù)控機(jī)床工作過(guò)程中，主軸會(huì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)候這些反作用力就會(huì)做功并且產(chǎn)生較大的熱量，從而導(dǎo)致數(shù)控車床主軸的溫度以及溫升升高。而產(chǎn)生這些力的主要因素就是主軸箱在加工過(guò)程中存在一些加工誤差[2]。

對(duì)主軸前后軸承孔誤差進(jìn)行分析的時(shí)候，可以將主軸簡(jiǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)支梁進(jìn)行分析，并且假設(shè)a為前后軸承的跨距，M為軸線的偏差，如果主軸要能夠產(chǎn)生大小為M的彈性變形，那么其會(huì)產(chǎn)生的反作用力就是F1，根據(jù)相關(guān)公式可以求出F1。

F1=6EIM/2a3

I=π（D4-d4）/64

此公式中，E代表的是主軸所使用鋼的彈性模量，I為主軸的慣性矩，d為主軸的內(nèi)徑，D為主軸的外徑。將兩個(gè)公式進(jìn)行疊加就能夠計(jì)算出F1的大小。

F1=6*200*π（D4-d4）M/128a3

=30.26（D4-d4）Ma3

軸承孔定位面對(duì)前后軸承的公共軸線的垂直度也會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，并且會(huì)產(chǎn)生一些反作用力。為了消除這個(gè)誤差的存在，軸承的外環(huán)就會(huì)出現(xiàn)較大的彈性變形。進(jìn)行分析的過(guò)程中，我們可以假設(shè)軸線和定位面的夾角為，軸承外環(huán)的平均直徑是d1，軸承外環(huán)的寬度為A，假設(shè)這種誤差產(chǎn)生的作用力為F2，那么就可以根據(jù)相關(guān)的公式求出F2。

F2=6EI1A/2（tgd1）3

I1=π（D14-d24）/64

此公式中，軸承使用鋼的彈性模量為E，軸承外環(huán)的慣性矩為I1，軸承外環(huán)的外徑為D1，軸承外環(huán)的內(nèi)徑為d2，將兩個(gè)公式進(jìn)行疊加就能夠求出F2。

F2=6*200*π（D14-d24）A/（tgd1）3

=30.26（D14-d24）A/（tgd1）3

這樣，通過(guò)F1和F2就能夠求出總的作用力，假如數(shù)控車床主軸的轉(zhuǎn)速是n，使用鋼的摩擦系數(shù)為，這樣就能夠計(jì)算出力所做的功：W=πFnd2。

以某數(shù)控車床主軸為例，假設(shè)其轉(zhuǎn)速為2000r/min，A為46mm，d1為240mm，d2為240mm，D1為260mm，a為650mm，d為100mm，D為170mm，將這些數(shù)值代入到上述的公式中，我們就能夠計(jì)算出主軸上的反作用力所做的功為0.18kW。根據(jù)能量守恒定律，這些所做的功最后都會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，從而?dǎo)致數(shù)控機(jī)床的主軸溫度以及溫升得到增加。因此，數(shù)控車床在運(yùn)行過(guò)程中，要想保證主軸能夠高速穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，必須采取一些有效的措施來(lái)提高主軸箱的加工精度。

2 提高主軸箱加工精度的有效措施

2.1 保證箱體材質(zhì)以及切削余量均勻合理

對(duì)主軸箱加工精度影響比較大的一個(gè)因素就是切削力的變化。因此在選擇加工工藝的過(guò)程中需要保證箱體的切削余量以及毛坯材質(zhì)要能夠均勻合理。必要的時(shí)候可以使用熱處理工藝來(lái)對(duì)毛坯進(jìn)行處理，這樣能夠保證材料具有相同的機(jī)械性能，并且進(jìn)行劃線的時(shí)候要保證主軸孔等的切削余量要和孔壁的厚度保持一致并且均勻。

2.2 將粗加工和精加工分開

進(jìn)行主軸箱加工的過(guò)程中，為了保證其加工精度，需要將粗加工和精加工分開，防止由于切削過(guò)程中產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致熱變形。主軸箱在粗加工過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一些切削熱，并且不同的部位存在著不同的溫升。如果薄壁處的金屬比較少，那么其溫度就升高的比較快，如果薄壁處的金屬比較多，那么溫度就升高的比較慢。如果在進(jìn)行精鏜的過(guò)程中主軸箱沒(méi)有完全冷卻，那么就會(huì)導(dǎo)致薄壁處的溫度比較高并且出現(xiàn)較大的熱變形。要想消除這種熱變形帶來(lái)的影響，就需要將粗加工和精加工分離開來(lái)。主軸箱的箱體屬于薄壁零件，因此在進(jìn)行裝夾的時(shí)候要使用合理的夾緊點(diǎn)以及夾緊力，防止由于彈性變形而對(duì)主軸箱的加工精度產(chǎn)生較大的影響。進(jìn)行精鏜工序的時(shí)候，需要合理設(shè)置各孔的位置偏差以及形狀偏差，以免由于誤差產(chǎn)生的零件同軸度超差，從而造成零件的浪費(fèi)。

3 結(jié)束語(yǔ)

制造業(yè)中一個(gè)重要的組成就是數(shù)控車床，影響數(shù)控車床主軸溫度以及溫升的主要因素就是主軸箱的加工精度。主要原因就是加工誤差會(huì)產(chǎn)生一些作用力，做功會(huì)產(chǎn)生較大的熱量，進(jìn)而提高主軸的溫度以及溫升。

參考文獻(xiàn)：

[1]李志偉.基于熱-結(jié)構(gòu)順序耦合對(duì)機(jī)床主軸箱環(huán)境溫度的熱特性分析[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2017，30（02）：96-100.

[2]馬旭，張艷微，王躍武.某數(shù)控車床開展的主軸溫升及熱變形測(cè)試研究[J].南方農(nóng)機(jī)，2017，48（08）：29.