周帅 吴玉亮

摘要：本文对某型立式加工中心机床进行了主轴温升及热误差测试，得到了测试数据。根据数据对此型机床进行了主轴温升及热误差分析，并提出了减小热误差的改进建议。

关键词：主轴温升；热误差

前言

数控机床作为一种高精度、高效率和智能化的自动化加工设备，是发展高新技术民用产业（如包装、化工、食品加工等民用工业）和尖端军事工业（如航空、航天、船舶等国防工业）的最基本装备[1，2]。研究显示，数控机床的热误差是引起数控机床加工精度降低的主要因素，占机床总体误差的70%左右[3，4]，而机床中主要受热影响的部位为机床的主轴系统，对数控机床主轴系统开展的热误差机理研究，是降低或避免热误差的重要途径。本文针对某型立式加工中心机床进行了主轴高速运转的温升和热误差分析，并提出了改进建议。

1 主轴温升及热误差测试

对十台某型立式加工中心机床进行了主軸温升及热误差测试，以期获得尽可能多的数据。测试如图1所示。

测试过程中，主轴转速保持在20000rpm，测试进行至直至主轴热误差不再增大，即达到平衡状态。

2 测试结果汇总

主轴温升和热误差测试结果如表1所示。

3 主轴温升及热误差的分析

X向热误差较小，因此不做分析。仅对Y向和Z向分析。Y向热误差如图2所示。Z向热误差如图3所示。

Y向热误差基本可满足60um以内的精度要求。Z向热误差可满足80um以内的精度要求。Y向需要3小时基本稳定，Z向需要1.5小时基本稳定。环境温度的变化对主轴热误差影响较小，影响主轴热误差的因素主要还是主轴自身的发热。热误差是由于主轴旋转导致摩擦生热，进而引起金属热膨胀带来的变形，因此若想控制热误差，建议采取冷却措施。对于更高的精度要求，建议对主轴箱进行冷却。

4 结论

本文对某型立式加工中心机床进行了主轴温升及热误差测试，得到了十台份的测试数据。根据数据对此型机床进行了热误差分析，并提出了减小热误差的改进建议。

参考文献

[1] 杨建国. 数控机床误差补偿技术现状与展望[J].航空制造技术，2012，401（3）：40-45.

[2] 张曙，张柄.中国机床工业的回顾与展望[J].机械设计与制造工程，2016，45（1）：1-10.

[3] Week M Mc，Keown P，Bonse R，et a1.Reduction and compensation of thermal error in machine tools [J].CIRP Ann-Manufacturing Technology，1995，44（2）：589-598.

[4] Ferrerira P M，Liu C R.A method for estimating and compensating quasistatic errors of machine tools[J].Journal of Engineering for Industry，1993，115（1）：149-159.

（作者单位：沈阳机床（集团）有限责任公司设计研究院实验室）