高速精密機(jī)床主軸部件的改進(jìn)
摘要
混合高速精密加工中心主軸箱模型是基于兩種計(jì)算方法：有限元法和以下要描述的有限差法。基于它的最佳工作特性能被確定，人們可以通過(guò)這種模型準(zhǔn)確的計(jì)算出主軸箱的各種參數(shù)。剛才提出的這種建模方法可以讓人們從熱學(xué)性質(zhì)，剛度以及耐用性方面去評(píng)估一個(gè)設(shè)計(jì)。為了更好的注釋，列出了三種分別帶有裝滾動(dòng)軸承的電主軸，普通軸和裝空氣動(dòng)力軸承的電主軸的加工中心主軸箱用這種混合模型模擬的工況。影響機(jī)床加工精度的軸承部件和冷卻系統(tǒng)已經(jīng)描述過(guò)了。
關(guān)鍵詞：機(jī)床，建模，主軸
１．導(dǎo)言
當(dāng)前加工中心的收益面向很高的加工速度和精度。與此同時(shí)，加工中心所承受的靜態(tài)的，動(dòng)態(tài)的和熱力的載荷變的日趨復(fù)雜。因此，編寫一個(gè)精確的計(jì)算模型是一項(xiàng)艱難而耗時(shí)的工作。精確的模型是通過(guò)分析做出改進(jìn)的基礎(chǔ)，是最優(yōu)化加工中心操作性質(zhì)的基礎(chǔ)，也是最小化它的制造原型時(shí)間和成本的基礎(chǔ)。因此編制機(jī)床模型變的異常重要。高效的模型是整體的混合模型，它能準(zhǔn)確的描述所有可能發(fā)生的現(xiàn)象以及它們的影響。發(fā)生在象加工中心如此復(fù)雜的機(jī)床中的熱學(xué)現(xiàn)象使得模型變的相當(dāng)困難。尋找精確的函數(shù)和程序來(lái)描述功率損耗，幾何學(xué)，熱量交換和動(dòng)力學(xué)，以及所有因素所導(dǎo)致的非線性特性是非常必要的。為了實(shí)現(xiàn)高的模型精度，以分鐘為單位研究主軸箱里的電鍍軸的工況細(xì)節(jié)經(jīng)常是必要的。
在這篇論文中，采用諸如三種在設(shè)計(jì)上不同的加工中心主軸箱的例子，提出并解釋了整體混合高速加工中心模型的思想。
２．混合模型思想
高速精密加工中心的熱力學(xué)狀態(tài)受一整系列的因素影響，諸如機(jī)床的工作環(huán)境，在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)部件上的能力損失，溫度分布，以及熱量在加工中心各個(gè)部件和組件之間的熱量轉(zhuǎn)移，以及它們之間的相互作用，相互影響。功率損耗是一個(gè)關(guān)于機(jī)床工作環(huán)境的函數(shù)，取決于它的設(shè)計(jì)特征，幾何構(gòu)造和特殊部件和組件的材料性質(zhì)，潤(rùn)滑媒介以及潤(rùn)滑方式，還有冷卻等等。功率損耗是由于時(shí)間變量溫度分布，除了別的以外，它反過(guò)來(lái)影響軸承里的滾珠間隙，潤(rùn)滑介質(zhì)的粘性以及潤(rùn)滑表面薄層的傳導(dǎo)率。因此功率損耗是變化的。各種因素間的相互作用導(dǎo)致了一個(gè)復(fù)雜的，動(dòng)態(tài)的，非線性的熱平衡狀態(tài)，以持續(xù)不斷變化的功率損耗，溫度變化和轉(zhuǎn)換為特征的。這種關(guān)于高速主軸箱的混合模型考慮到了以上的相互作用（如圖一），使得對(duì)部分和整體的高精度分析成為可能。