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《数控铣床主轴减小热误差的结构优化设计》：本文是一篇关于数控铣床论文范文，可作为相关选题参考,和写作参考文献。

摘要：随着我国科技水平的不断提高,其数控铣床也向着高精度、高速度、高效率的方向发展着,现代工业产品的需求提升导致数控铣床必须具备相当高标准的加工性能,必须将数控铣床的重量保持在合理的范围内.数控铣床是数控机床的一种,而在数控铣床中,铣床主轴在运行的过程中会产生较大的热能,这些热能的积聚会对产品的质量造成一定的影响.

关键词：主轴部件；热变形；结构

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.011

0 引言

数控铣床在生产的过程中,其发生的误差主要有以下两个方面：其一,热误差.其二几何误差、伺服控制误差、切削力误差.在这所有的误差中,热误差占据着误差总量的三分之一,因此热误差的降低是提高铣床加工的产品精度的关键.

1 主轴部件结构中的热量传递

一个铣床的主轴温度场的形成,主要是铣床在自身运转过程中产生的热量以及外部环境所携带的热量共同组成了热能量场.因此铣床主轴的结构对整个数控铣床的热误差有着直接的关系.而主轴部件机构在高速运转的过程中其产生的热量会逐渐的进行传递,下图1标注的是车床电主轴以及箱体的二维结构示意图.

在此车床的电主轴中,其热量的传递经过科研人员的深入的分析和研究,主轴在运转的过程中,对主轴热变形影响较大的发热部分是前后动静压轴承.而主轴热分析过程中总共有三类热量的传递方式,其一,热传导；其二,对流换热；其三,辐射换热.从图1可以看出,数控铣床的结构对于热量的产生大小有着极大的影响[1].

2 针对数控铣床主轴减小热误差结构设计的优化对策

在现阶段无论是国外还会国内,铣床的热误差导致铣床部件的变形等问题都没有得到彻底的解决,而笔者根据对相关资料的研究分析,从数控铣床的主轴结构的优化对热误差的减小总结出以下几个方面的对策.

2.1 设计阶段的控制

数控铣床的设计方面就是从源头上开始对热误差进行减少,因此在数控铣床的的设计阶段就通过对铣床的热误差进行检测.在此阶段可以建立铣床的热误差模型,通过一些科学的计算方式铣床的热误差进行检测以及分析,对于铣床因为机构上的不合理而产生过多热量的部位进行改进.而且在设计阶段设计出先进的冷却系统也可以在一定程度上减少热量的产生.冷却系统对于铣床热误差减小有着极为重要的意义,而且相关的工作人员在铣床开始设计的阶段必须对铣床结构比较薄弱的结构进行了一定强度的优化,运用科学的方法对铣床敏感误差的部位进行细致的检测.例如在设计阶段可将产生大量热能的电动机与主轴之間的距离进行了一定的加长.综合以上而言,数控铣床在设计阶段对主轴结构进行一定的优化,可以在很大程度上消除热误差的产生,对数控铣床的实现高精度生产具有着极为重要的作用[2].

2.2 温度的控制

众所周知,数控铣床的冷却系统一般由回水管、出水管、冷却泵、开关以及喷嘴能诸多部件组成,而冷却泵一般安装在铣床底座的内腔中,冷却泵将切削液加压通过喷嘴喷射到切削区进行冷却作业,因此一个数控铣床的冷却系统的良好运行对数控铣床热误差的减小有着极为重要的影响.

而温度控制的方向主要是铣床冷却系统的研发、铣床工作环境温度控制等,而且经过相关的科学研究得出,传统的冷却方法可以在一定程度内减少热误差,而且无论是风冷系统还是水冷系统,都能在减少热误差的产生.但是现如今对于产品精度的要求提高,传统的冷却系统已经逐渐满足不了精度对于热误差的要求.现阶段相关的企业一般是通过风冷和水冷的方式对热误差进行控制,但是这类方式对于能源的消耗是巨大的,对于企业的持续发展有着一定的影响,例如风冷就需要风机的转速达到一定水平产生的风力才能使数控铣床冷却.而风机的转动便需要耗费较大的电能才能实现对数控铣床的冷却.

2.3 主轴结构的优化控制

在数控铣床中可以将电动机的安装采取后置式的安装,此类安装方式能够在很大程度上将电动机产生的热源隔离在主轴的前端部分.而且电动机的此类安装也有利于冷却散热系统的设计工作.

2.4 数控铣床主轴测温点的优化

数控铣床究其本质而言,其具有的热态系统有着复杂多变的特点,而且存在着很多对数控铣床的热变形有较大影响的因素.而测温点的选取在整个铣床的热误差补偿中占据了较为重要的位置.如果温度关键点的选择较少,可能会影响热误差模型的预测精度.

但如果选择的温度关键点较多,其必须耗费大量的人力对这些关键点进行处理.最后会导致建模效率的降低.因此笔者建议相关的工作人员在进行数控铣床主轴测温点的优化工作中,对测温点的选取必须以铣床运行中产生的热量的实际大小来进行对主轴测温点的选取.将热误差对于模型的预测精度的影响控制在合理的范围内[3].

3 结语

本文就数控铣床主轴减小热误差的结构优化设计展开全文的论述.在数控铣床的的设计阶段以及后期铣床运作过程的温度控制等方面对数控铣床的热误差减小的具体措施进行了一定的总结.我国科学技术的发展带动着数控铣床向着高精度、高速度的方向不断发展,但热力差的存在对于数控铣床实现高精度的生产有着一定的制约,因此我国相关的研究机构对于如何完全消除热力差对铣床生产高精度的影响应展开深入的研究.

参考文献：

[1]岳红新,石岩,李国芹.基于神经网络的主轴热误差补偿技术研究[J].制造技术与铣床,2012（03）.

[2]雷春丽,芮执元,刘军.数控铣床电主轴热误差的预测方法[J].兰州理工大学学报,2012（01）.

[3]周金芳,姜万生,王斌洲,陈自立.高速电主轴在线温升及轴向热伸长测试系统的设计[J].科学技术与工程,2012（04）.

作者简介：伍伟敏（1976-）,男,湖南祁东人 ,学士,讲师,研究方向：职业教育教学方法、机械零件优化设计.

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