第2期 2018年2月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2018)02005704
D0I:10.13462/j. cnki. mmtamt.2018.02.014
高速数控车床主轴变工况温升特性研究
韩靖1，杨泽青1，杨伟东1,3，盖立亚2，陈蜀中3，黄剑锋
No.2 Feb.2018
（1.河北工业大学机械工程学院，天津300130；2.沈阳机床（集团）有限责任公司，沈阳110142； 3.江苏建一机床有限公司，江苏宿迁223900）
摘要：为了定量评价和分析高速数控车床在不同运行工况下的主轴温升特性，以某高速数控车床主轴系统为研究对象，在分析主轴系统热源基础上，考虑实际工况参数对主轴系统温升影响，设计了空转条件和切削条件下的工况参数表，利用正交实验法对各工况参数进行组合，然后运用ANSYS Workbench15.0进行热稳态分析，得到不同工况下主轴系统的温度场分布情况：在此基础上，采用了多元线性回归的方法建立变工况参数与车床主轴系统达到热平衡时最高温升的预测模型，并对模型进行了验证，结果表明主轴系统温度真实值与预测值的误差在0℃~2.5℃范围内，所以预测模型具有很高的预测精度。此模型为车床主轴系统温升特性评估、工程实践中工艺参数的合理确定和热误差补偿提供依据。
关键词：高速数控车床：变工况；温升；预测模型
中图分类号：TH161；TG65
文献标识码：A
Temperature Rise Characteristics of High-speed CNC Lathe
Spindle Under Various Operation Conditions
HAN Jing', YANG Ze-qing', YANG Wei-dong', GAI Li-ya'’, CHEN Shu-zhong ,HUANG Jian-feng
(1. School of Mechanical Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China;2. Shenyang Machine Tool(Group) Co.,Ltd. ,Shenyang 110142,China)
Abstract : In order to evaluate and analyze the thermal characteristic of the High-speed Computer Numerical Control (CNC) lathe under different working conditions. Taking the spindle system of the high speed CNC lathe as research object, firstly, the heat sources of the spindle system were analyzed, and the condition pa-rameters under the free running operation and the cutting condition were designed considering the relationship between the actual condition parameters and the temperature rise of the spindle system, and then the various condition parameters were combined orthogonally for numerical simulation analysis based on the computer software ANSYS Workbench15. O, which got the temperature distribution of the spindle system under differ-ent working conditions ; finally the prediction models were established between the condition parameters and the highest temperature rise reached the thermal equilibrium of the lathe spindle system by using the multiple linear regression, and the prediction models are given practice tests. the ressults shows the error of ture tem-perature and the forecasting temperature in the range of 0 °C to 2. 5 °C of the multiple linear regression pre diction models, so have good forecasting accuracy. The prediction models can provide the basis for reasona
ble determination process parameters and the thermal errors compensation in the engineering practice. Key words: high-speed CNC lathe; various operation conditions; temperature rise; prediction model
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引言
主轴系统是数控机床的主要部件，其定位精度和
加工精度受其内外温升变化的影响[1-2]。主轴在运转时，会受到各种工况的影响，将会导致主轴热特性的变化从而影响机床的加工精度和寿命。因此为了确保主轴在运转时的工作精度和寿命，需要对主轴在不同工
收稿日期：2017-0320；修回日期：2017-0424
况下运行时的温升进行预测3]。国内外学者对影响机床主轴系统热态性能的因素进行了大量研究。Mori-waki等人以UM-200型号数控机床为研究对象，讨论了环境温度和主轴旋转转速对主轴系统热误差的影响并且分别建立了热误差模型，然后利用卷积的算法对机床热误差进行了补偿，使由主轴旋转转速和环境温
*基金项目：国家自然科学基金资助项目（51305124）：天津市自然科学基金资助项目（16JCYBJC19100）：河北省自然科学基金资助项目
（E2017202294，E2014202068）；2014年江苏省"双创人才"资助项目；河北省重点研发计划项目（16211803D）
作者简介载靖（91一），女，河北唐山人，河北工业大学士研究生，研究方向为高精度数控机床特性测试及控制、数控机床在线检测及误差补
万氢整据nail)1105571659@qq-eom；通讯作者：杨泽青（1982
），女，内蒙古丰镇人，河北工业大学副教授，博士，研究方向为高精度数