數(shù)控車床主軸溫度場分布檢測

      數(shù)控加工技術向著高可靠性、高速度以及高精度的方向快速發(fā)展，現(xiàn)代制造行業(yè)對數(shù)控機床的加工速度、加工效率的要求越來越高。改善車床的熱特性，成為制造業(yè)發(fā)展中最重要的研究課題之一。
 
       數(shù)控車床產(chǎn)生的熱變形，是因為車床的溫度升高而造成車床部件會膨脹或者變形，從而導致刀具與工件之間的相對位移產(chǎn)生變化。熱誤差是高精度、高速機床的最大誤差源，約占總誤差的70%左右。
 
       主軸作為高檔數(shù)控車床的最重要零部件之一，主軸的熱變形主要是由主軸的溫度場分布不均勻所導致的，對數(shù)控車床主軸的溫度場進行測試，對后續(xù)進行熱變形分析，提高車床的加工精度、加工效率顯得尤為重要。 
 
       我們以數(shù)控車床主軸為研究對象，對主軸熱穩(wěn)定后的整體溫度變化以及分布數(shù)據(jù)進行測試，并提出改善由于熱源所造成的主軸溫度場分布不均勻的方案。直接對改善車床主軸的熱特性提供了依據(jù)。
 
       1、數(shù)控車床主軸的熱源
       在正常工作的情況之下，數(shù)控車床的主軸受到內(nèi)、外熱源的作用，這些熱源都不是恒定的，內(nèi)部熱源與外部熱源的分類如圖1所示。由于主軸上各零件的機構、材料、形狀都不盡相同，受熱性能也不相同；在結合面處的每個連接件之間有不相同的表面?zhèn)鳠崆闆r以及一定的熱阻等因素，使得數(shù)控車床主軸表面產(chǎn)生了一個多變、復雜的溫度場。在形成的溫度場作用的影響之下，主軸上每個零部件材料所生成的熱應力與熱位移隨著零部件的形狀、支承的方式以及材料本身的物理屬性的不同而不同，這樣，主軸的熱變形問題將變得更為復雜。
 
       對主軸部件的加工精度起著最重要影響作用的因素不是溫升，而是主軸上溫度場的分布，其實是指溫度的梯度與溫度場相對于主軸的對稱性分布。雖然主軸部件的溫升比較高，但是，其溫度場的分布比較均勻，主軸系統(tǒng)每個點上的溫差比較小，主軸上溫度的梯度也很小，這樣，由溫升引起的誤差很小。但是，即使主軸系統(tǒng)的溫升很小，而主軸上每個點的溫度場分布不對稱或者是各個點的溫差比較大，這樣，所導致的加工誤差也會很大。
 
       2 、FLIR紅外熱成像儀測溫
       紅外測溫為非接觸式測量，不改變被測量介質(zhì)的溫度場，并且可以對移動物件的動態(tài)溫度進行測量。紅外測溫的缺點為，在1000℃以下進行測量時，溫度誤差較大。但是，對于運行中的機床進行測量，尤其是指對旋轉(zhuǎn)部件的溫度檢測，這種非接觸式的測溫方式是最為合適的。
 
       利用熱成像儀來檢測物體輻射單元的輻射能量。利用斯蒂芬.玻爾茲曼定律來求輻射單元的表面溫度，被測物體表面的輻射能量被紅外線熱像儀轉(zhuǎn)化成為視頻可見的圖像，通過光掃描機構，紅外探測器進行探測輻射單元的輻射能量，并且將輻射單元的輻射能量轉(zhuǎn)化成為電子視頻信號，再經(jīng)過信號的處理，能夠顯示出可見的圖像。熱像圖用來表示被測量表面的二維輻射能量場以及所對應的物體表面的溫度分布場。

       在測量之前確定的參數(shù)有：被測量物體表面的發(fā)射率ε，被測量物體和熱成像儀檢測元件之間的距離Dobj，被測量物體周圍的溫度或者環(huán)境反射溫度Trefl，及其大氣溫度Tatm。
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