[发明专利]一种机床主轴部件热稳定性的检测方法

说明书

技术领域

本发明属于数控设备应用领域，涉及一种机床主轴部件热稳定性的检测方法。

背景技术

以往，我们在高精尖设备引进时，均未考虑设备主轴部件热稳定性对设备精度的影响。热稳定性，就是温度稳定、精度稳定。实际使用中，有些机床在各项精度指标检查都合格的状态下，仍加工出不合格产品，尤其是在机床主轴持续高速运转2-3小时后，现象更加突出，特别是加工多孔零件时，孔的位置度超差严重。在排除零件、加工工艺、夹具、刀具等的影响后，我们发现主轴部件的热稳定性对设备精度影响极大，常常造成花巨资购置的高精度设备只能粗加工零件。过去，一直缺乏机床主轴部件热稳定性的检测方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种机床主轴部件热稳定性的检测方法，判断机床是否满足实际加工要求。

本发明的技术方案是：一种机床主轴部件热稳定性的检测方法，其特征为包含以下步骤：

1.1机床预热：将设备开机后，按机床规定程序预热半小时；

1.2对表、测温：将四个千分表支在工作台上，沿主轴鼻端的X/Y/Z三个方向布置，压表后将千分表对零，同时测量主轴鼻端温度；

1.3读表、测温：将主轴转速调至机床额定最高转速的80%，持续空运行2小时，期间每隔30分钟对主轴部件X/Y/Z三个方向伸长量进行检测、记录，同时测量主轴鼻端温度变化量；

1.4判断机床主轴部件热稳定性：根据前述步骤中记录的数据，如果同时满足下列条件，则机床主轴部件热稳定性满足要求，否则机床主轴部件热稳定性不满足要求：

a）达到主轴部件热平衡状态所需的时间小于2小时，机床主轴部件温升小于20K，最高温度不大于45℃；

b）机床主轴部件Z方向热变形量小于0.07mm，X方向热变形量小于0.02mm，Y方向热变形量小于0.005mm。

本发明的有益效果是：本发明一种机床主轴部件热稳定性的检测方法，提出了一种全新的判断机床主轴部件是否达到生产要求的标准，克服了以往对机床主轴部件热稳定性不加检测的技术偏见，从加工的尺寸精度一致性和提高生产率出发，通过引入对机床主轴部件热变形量的测量及对主轴部件热变形量的限定，能够保证所购置设备精度受温度影响小而长期稳定，从而最大限度地满足实际精加工的需要。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。

本发明一种机床主轴部件热稳定性的检测方法，包括以下步骤：

1.1机床预热：将设备开机后，按机床规定程序预热半小时。

1.2对表、测温：将四个千分表支在工作台上，沿主轴鼻端的X/Y/Z三个方向布置，压表后将千分表对零，同时测量主轴鼻端温度。

1.3读表、测温：将主轴转速调至机床额定最高转速的80%，持续空运行2小时，每隔30分钟对主轴部件X/Y/Z三个方向伸长量进行检测、记录，同时测量主轴鼻端温度变化量。

主轴在持续高速运转下，受摩擦发热、周围部件热辐射的影响，主轴部件的温度将会上升，从而造成主轴受热膨胀而伸长。

对测量的情况进行分析，一是变形量分析；二是热平衡分析。

变形量分析：在温度上升过程中，主轴本身将向两端伸长，主轴前后支承的中心位置在垂直平面内将升高，Z方向变形量最大，但这对零件的位置精度影响不大；由于前支承的直径和负荷通常比后支承大，因此前支承的发热量也比后支承大，故前支承和滑枕前箱壁的温度也要比后支承和滑枕后箱壁的温度高，热变形的结果将使主轴的工作端抬头，即X方向变形较大；Y方向变形量很小，可以忽略不计。

热平衡分析：主轴部件工作时，当发热量和接收到的热量等于散射到周围环境和传到其他部件去的热量时，达到热平衡状态。这个过程所需的时间称为温度的时间常数，它是主轴部件的表面积、表面放热系数、比热和质量的函数。从加工的尺寸精度一致性和提高生产率出发，主轴部件的温度时间常数应该以小一点为好，这样可以使其很快达到稳定温度，然后进行加工。

1.4判断机床主轴部件热稳定性：根据前述步骤中记录的数据，如果同时满足下列条件，则机床主轴部件热稳定性满足要求：

a）达到主轴部件热平衡状态所需的时间小于2小时，机床主轴部件温升小于20K，最高温度不大于45℃；

b）机床主轴部件Z方向热变形量小于0.07mm，X方向热变形量小于0.02mm，Y方向热变形量小于0.005mm；

如果不能同时满足上述条件，则机床主轴部件热稳定性不满足要求。