镗铣加工中心主轴部件热特性分析之课颗研穷.背景及意义
第一章绪论1.1引言机床在现代机械加工制造业中主要用于对各种零件的成型加工，是一种效率高、 周期短的先进生产工具。企业的生产效率、产品的质量、对市场需求的应变能力以及 产品的换代速度都在相当大的程度上依赖于机床设备的装备程度[1]。所以，机床工业 占据了机械产业的重要部分。数字程序控制，简称精工，即数字控制（Numerical Control简称NC)，而精工 机床行业则是装备制造产业的基础[2]。通过特定处理方式的数字信息，它可以实现自 动控制机械装置的工作。作为先进制造技术的载体，精工机床行业也是发展尖端工业 (比如航空、航天等国防工业以及信息技术产业等）和新兴高新技术产业的核心，同 时还影响到国家的战略物资以及国民经济发展等问题[3]。目前很多国家正积极采取重 大措施来发展本国的精工技术等产业。大型精工镗铣加工中心被广泛应用于航空航 天、造船、铁路车辆、各种发电设备、冶金等特种重型加工中去。因为这些产品涉及 国防军工、重点建设项目等急需技术的核心，我国正大力进行该类机床产品的技术研 宄及产品开发工作。随着科学技术的进步、工艺水平的不断提高以及先进刀具的大量出现和使用，机 床的加工性能渐渐向着高光洁度、高效率和高精度等方向发展[4]。通过大量的实验可 以看出，热误差对精工机床的加工精度有着及其重要的影响，约占到机床总加工误差 的30%以上，最高可达70%[5]。如果能将机床的热特性进行一定程度的改善，那么， 它的加工精度、效率、可靠性以及使用寿命都会得到提高。所以，良好的热学特性是 良好的机床加工性能的必备条件。在机床制造行业中，随着人们认识和解决问题能力 的不断增强，机床结构热特性的分析和研宄这一重要环节越来越受到新产品研发人员 的重视，尤其是对加工中心主轴箱部件热特性的研宄。1.2课颗研穷.背景及意义随着机床精密、高精密加工技术的广泛应用，对精工机床的加工精度的要求也日益提高。中国作为世界制造业的中心，在机械制造技术方面取得了显著的进步。机械 制造业为国民经济各部门提供了各种现代化技术设备，必须强化机床工业基础。一个 国家的机床发展的先进程度，所生产的零件是否能满足生产需求，在一定程度上反映 了其制造业发展的先进程度[6]。随着科学技术的进步，各行业如武器装备、航空航天 以及民用产业，都对产品的“精度”提出了更高的要求，所以，现代机械制造业主要着 眼于精密以及超精密加工技术的发展与应用。而为了提高机床的加工精度，首先要做 的就是分析机床产生加工误差的原因[7]。通过总结实验以及大量的加工经验，得出精工机床的加工不精确性主要由以下因 素造成：(1)机床结构和零部件的装配误差以及几何误差；(2)机床热变形所引起的误差；(3)机床自重以及负载所造成的几何变形误差；(4)机床加工刀具切削力作用以及磨损所形成的误差；(5)其他误差，如机床精工插补算法误差、轴系伺服误差等。在上述误差造成因素中，热变形因素以及几何变形因素占据了总误差的主要部 分，分别约为45%和30%。而对于高精密机床、大型精工加工中心以及各种精加工 工序，热误差的比例更有可能占到70%[8]。随着制造业技术的不断提筒，机床结构和 零部件所造成的几何误差得到了有效的控制。而热误差则具有其复杂性:热源种类多、 热量传递方式及规律的不可预见性、机床部件的热变形还受到与其互为约束部件的限 制作用。所以，热误差很难量化。不仅机床的加工精度收到热变形的影响，而且变形 过程所产生的热应力也大大缩短了机床的使用寿命。所以，寻求补偿甚至避免热变形 误差的方法就成了机床研发领域的重要课题。床身、立柱、进给机构以及主轴组成了一台机床的主要机械部件。其中的主轴部 件负责主加工运动，而温度的升高则会引起不良反应[9]。首先，主轴、主轴箱、减速 箱等部件在热源的作用下产生膨胀变形，从而引起主轴的回转中心与其他部件还有加 工零件的相对位置发生改变，最终直接对零件的加工精度产生影响。再有就是主轴轴 承等元件的润滑条件在高温的作用下发生改变，影响正常工作。由于卧式镗铣加工中心各部件以及零件的尺寸都具有较大差异，所以其热学特性 就比较复杂，与小型机床的情况有很大的不同，而且针对镗铣加工中心热学特性的研宄并不完善和成熟。相比国外的机床生产技术，虽然国内生产的加工中心的加工精度 在不断提高，仍然具有很大的差距。所以，针对键统加工中心热特性的研宄成为了热点。