机床温度场和热变形的测定
热变形温度测试方法
负载热变形温度的测试方法关键词测试方法负载热变形温度所属仪器塑料仪器／负载热变形/软化温度／热变形温度（SWB-300A/B）资料简介负载热变形温度的测试方法1. 试样准备试样为一矩形样条.模塑材料：长120mm，宽10 mm，高9.8～15 mm；板材：长120mm，宽3～13 mm，高9.8～15 mm。
每组至少二个试样。
当板材原始厚度大于13 mm时，应在其一面机械加工至符合要求。
当采用压塑的方法制备试样时，模塑压力方向应垂直于试样的高这一侧面，模塑条件对测定结果有较大影响，应按有关材料标准的要求或与有关方面商定。
试样表面应平整光滑，无气泡、无锯切痕迹、凹痕或飞边等缺陷。
试样预处理可按产品标准规定，无规定时可直接进行测定。
2．试验标准2．1升温速率12±1℃/6min。
2．2负荷力的计算在本型号的设备中，只要输入了试样的尺寸，负荷力会自动给出．由于试样尺寸可在一定范围内变化，因此，为保证在试样形成某一表面弯曲应力，应根据精确测量（精确至0.05mm以内）所得的试样尺寸，由下式计算出负荷力的大小：负荷力F=2σbh2/3l式中：F－负荷力，N；σ－试样最大弯曲正应力（1.81N/mm2或0.45N/mm2）；b－试样的宽度，mm；h－试样的高度，mm；l－两搁条中心间距离，100mm；然后再求出重力负荷F所对应的砝码质量M：M＝1000 F/g式中: M－砝码质量，g（克）；g－重力加速度，9.81m/s2得出的砝码质量，由砝码、负载杆组件及位移传感器对负载杆的作用力组成。
实际使用的负荷力与计算值相差应在±2.5％以内，当计算值小于能施加负荷力的最小值时，应考虑使用大的弯曲正应力来计算。
2．3负载热变形温度记录的标准当位移量达到下表中的相对变形量时(相对变形量与试样高度有关),此时的试样所处的温度即为负载热变形温度:表试样高度同标准变形量的关系试样高度mm 标准变形mm 试样高度mm 标准变形mm9.8～9.9 0.33 12.4～12.7 0.2610.0～10.3 0.32 12.8～13.2 0.2510.4～10.6 0.31 13.3～13.7 0.2410.7～10.9 0.30 13.8～14.1 0.2311.0～11.4 0.29 14.2～14.6 0.2211.5～11.9 0.28 14.7～15.0 0.2112.0～12.3 0.27在本型号的设备中，将由软件自动设置．3．样品的放置3．1取出测试单元，搁置在浴槽面板上；８3．2提起负载杆，把试样均衡地放在搁条上（见图二），放下负载杆，使变形压头位于试样中心；3．3将测试单元浸入油槽，加上选定的负荷（砝码）3．4将温度传感器和水银温度计各顺斜孔插入（水银温度计仅供校对使用，可以不用）；3．5调节位移传感器的上下位置，使传感器检测行程位于总行程的中间位置。
立式数控机床主轴热态精度检测
立式数控机床主轴热态精度检测利用电容式位移传感器和电阻式温度传感器对立式数控机床主轴进行高精度测量，试验获取主轴端径向和轴向热位移，以及主轴系统热敏感位置的温升。
对于机械式主轴，主轴前后轴承和减速器因高速滚动摩擦发热，使得主轴的发热量很大，造成的热变形会严重影响机床的加工精度。
对于结构稳定、技术成熟的数控机床，提高数控机床的热态精度最有效的措施是改进机床的主轴润滑方式或者对主轴轴承进行强制冷却。
1 引言数控机床的精度通常分为几何精度、位置精度和工作精度。
几何精度和位置精度可概括为机床的静态精度，静态精度只能在一定的程度上反映机床的加工精度。
除此之外，机床的精度还主要有动态精度，是指机床在外载荷、温升及振动等工作状态作用下的精度。
而其中对动态精度影响最为严重的是机床生热造成的热态精度。
温升是评定机床主轴的一项重要性能指标，综合反映了主轴的设计、制造水平和材料质量。
主轴系统的温升，通常是指在无外加载荷和无外部热源影响的条件下的典型区域温度与环境温度的差值。
通常用主轴前轴承的外圈作为测量系统温升的典型区域。
系统的温升越高，零配件的热变形越大，引起精度丧失的可能性越大，系统的热态特性就越差。
2 试验条件使用 API 主轴误差测试分析仪，测量范围 0. 1-0. 8mm，测量频率10s/s，分辨率0. 1μm，可测量的最大主轴转速为 60000r/min。
在 5 个自由度(X轴、Y 轴和 Z 轴漂移、X 轴和 Y 轴倾斜)上测量和分析主轴误差的短期和长期变化，并配备 20 个带磁性底座的热传感器以及计算机辅助软件，可以描述主轴的温度及变形状况。
温度测量除使用主轴动态误差分析仪自带的温度传感器外，还辅以红外热像仪进行温度场测试。
利用红外热成像原理可测量 -40— +120℃范围内的温度变化，近焦距 <0. 3m，精度±2Co或读数的±2%，采样频率 1Hz。
机床主轴在运转过程中主轴轴承、电机等由于摩擦而生热，尤其是高速主轴，其温升更快、更高。
ISO 230-3机床热效应的测定
热变形检验方法
热变形检验方法>>五点法>>卧式加工中心测量仪器安装方式和测量方法
1. 环境空气温度传感器 2. 主轴轴承温度传感器
热变形检验方法
热变形检验方法>>五点法>>斜床身车削中心测量仪器安装方式和测量方法
1. 环境空气温度传 感器 2. 主轴轴承温度传 感器 3. 检验棒 4. 位移传感器 5. 夹具 6. 刀架 7. 卡盘。
环境温度变化误差（ETVE）检验
五 点 法
激 光 干 涉 仪
由主轴旋转引起的热变形检验
由线性轴移动引起的热变形检验
热变形检验方法
热变形检验方法>>五点法>>热变形参数辨识
可 分 解 为
热变形检验方法
热变形检验方法>>五点法
δ6pz =δz ε6px =（δx1-δx2）/d ε6py =（δy2-δy1）/d δ6px =δx2+L×ε6px δ6py =δy2-L×ε6py
五点测量法示意图
d： 同一侧两触头间的距离 L：芯棒有效长度 δx1 , δx2 , δy1 , δy2 , δz 含义见五 点测量法示意图。
热变形检验方法
热变形检验方法>>五点法>>立式加工中心测量仪器安装方式和测量方法
1. 环境空气温度传 感器 2. 主轴轴承温度传 感器 3. 检验棒 4. 位移传感器 5. 夹具 6. 用螺栓固定在工 作台上的夹具
环境温度 机床温度
检验目的：为了识别机床定位系统内的热源对机床 结构变形的影响
由线性轴移动引起的热变形检验
由线性轴移动引起的热变形检验>>测量方法
测量由线性轴引起的热变形的测量流程图
机床温升测试实验报告
机床温升测试实验报告一、实验目的本实验旨在通过对机床温升测试，了解机床加工过程中的温度变化情况，为机床的优化设计和使用提供参考。
二、实验原理机床在加工过程中会产生热量，导致其温度升高。
温升会影响机床的精度、稳定性和寿命等方面。
因此，对机床的温升进行测试是非常必要的。
机床温升测试通常使用热电偶或红外线测温仪进行。
热电偶是一种测量温度的传感器，其原理是利用材料导电时随温度变化而产生电势差来测量物体表面或内部的温度。
红外线测温仪则是通过检测物体表面所发出的红外线辐射来计算出物体表面的温度。
三、实验步骤1. 将热电偶或红外线测温仪固定在需要测试的机床部位。
2. 开始加工，并记录下加工时间。
3. 每隔一段时间（如10分钟）记录下当前机床部位的温度，并计算出相应时间段内机床部位的平均温度。
4. 根据实验数据绘制出机床温度变化曲线。
四、实验结果分析根据实验数据，我们可以得到机床在加工过程中的温度变化曲线。
通过分析这条曲线，我们可以得到以下结论：1. 机床温度在加工初期会迅速升高，在加工后期则会趋于稳定。
2. 不同部位的温升情况可能存在差异，需要针对性地进行测试和优化。
3. 加工时间越长，机床的温度升高越明显。
五、实验注意事项1. 在进行热电偶测试时，需要注意热电偶与被测试部位之间的接触质量和接触面积，以确保测量精度。
2. 在进行红外线测温时，需要注意测量距离和角度对测量结果的影响。
3. 实验过程中应注意安全，避免因操作不当导致人身伤害或设备损坏。
六、结论通过本次机床温升测试实验，我们了解了机床加工过程中的温度变化情况，并得出了一些有价值的结论。
这些结论对于机床设计和使用具有重要意义。
同时，在实验中我们也需要注意操作规范和安全，以确保实验的顺利进行。
某型号卧式加工中心主轴温升及热变形的测试与分析
34机械装备Mechanized Equipment2017年3月下某型号卧式加工中心主轴温升及热变形的测试与分析丛 杉，王彩年（沈阳机床股份有限公司，辽宁 沈阳 110142）摘 要：文章针对某型号卧式加工中心开展温升及热变形的测试与分析，通过综合的测试分析获得主轴箱热平衡温度、热平衡时间以及主轴在XYZ 三方向的热漂移最大值，所获得的测试结论可以为提升该卧式加工中心的加工精度提供数据支撑及优化建议。
关键词：卧式加工中心；主轴箱温升测试；热漂移测试中图分类号：TH122 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2017）06-0034-011 主轴温升热场测试在该卧式加工中心的测试过程中，主轴运转期间，运用热成像仪对主轴定期拍照，记录每一时刻的主轴温升热场。
试验条件：机床在冷态下开始试验，满足试验前12h 之内没有工作，试验时不准中途停车。
试验方法：温升试验采用FLIR 热成像仪测定机床主轴轴承及其它主要热源的稳定温度及温度变化规律。
温升测量结果：机床主轴在中速下连续运行4h，主轴箱有代表性位置温升测量结果如表1所示。
——————————————作者简介： 丛杉（1985-），男，辽宁沈阳人，机械助理工程师，计算机助理工程师，研究方向：数控机床性能测试及生产管理。
表1 主轴轴承在中速下不同时间内的温升测量结果由表1可知机床主轴以3000r/min 连续运转到200min 左右时，温度趋于稳定，温度最高点出现在后轴承处，最高温度值为17.8℃。
2 主轴热漂移测试在主轴热漂移测试过程中，采取由3个激光测量仪分别对主轴上安置的检棒测量，检测检棒上的点在不同时间上因为主轴温升造成的位移变化。
试验条件：机床在冷态下开始试验，满足试验前12h 之内没有工作，试验时不准中途停车。
机床中速连续运行200min 左右达到稳定温升。
经过测试得出，在整个过程中，主轴在X 方向的最大线位移0.011mm，最大角位移为0.0044mm/150mm；在Y 方向的最大线位移0.006mm，最大角位移为0.0018mm/150mm；主轴最大伸长0.043mm。
丝杠磨削过程中的温度场和热变形分析
丝杠磨削加工 过程
中， 边界条件 非常
复杂且多 变。基 于 前面 的假设 ，在本
ｔ ｜ …
本文利用有限元分析理论 ，对磨削过程 中丝杠进行 了瞬态 、稳态热分析 ，并以丝杠稳态热分析 的温度场为 依据 ，计算出丝杠 的热变形 ，为精密丝杠 的误差 补偿提 供 了一定 的依据 ，最后用分析结 果和在上海机床 厂对丝 杠温度以及热伸长进行 实时测 量的结果进行对 比， 而 从
误差必须对丝杠热变形规律进行定量分析 。
（）由于两端部的换热系数较小 ， ３ 热量散失也较小， 可认 为两端部绝热，顶尖发热对螺纹部分影响较小 。
２ 有限元分析中的关键技术 ．
有限元分析是机械 结构 虚拟性 能分析 的重要 手段 ，
通过有 限元分析能对产 品的性能特点 和影 响产品性能 的 薄弱环节进行全面掌握 。有限元建模是有 限元 分析 中比
维普资讯
丝 杠 磨 削 过 程 中 的 温度 场 和 热 变 形分 析
上海理工大学 （ｏ ｏ ３ 陈 琳 ２ｏ９ ） 李郝林
精密滚珠丝杠副是数控 机床以及加工 中心 的关键 部 件 ， 到精密传动和定位的作用。随着数 控机床加工 精 起 度的不 断提高 ，对滚珠丝杠 的精度要求也随之提 高。众 所周知 ， 丝杠 属于细 长类 零件 ，其 长径 比一般 为 ２ ０～ ５ ， 以其刚性很差 。为了保证丝杠在使用 中具有较高 ０ 所 的精度保持性 ，一般把精密磨削作为丝杠加 工的最终工 序 ，其对丝杠精度起决定性 的作用 。磨削过程 中磨削热 引起的热变形则是精密丝杠磨削过程 中重要 的误差 来源 之一 ，为了提高丝杠的磨削精度 ，必须对丝杠磨 削过程 中工件的热变形进行有效的控制 。由于精密丝杠热 变形 的不均匀性和非线性特征 ， 其热 变形 误差的大小 随加工 过程中砂 轮位置而变化 ，因而对 于丝杠 的热变形误差 的 分析是一件 困难的工作 。要精确地消 除热 变形 所带来 的
综合实验一 机械工程中的温度测量 (1)..
综合实验一机械工程中的温度测量在工业生产及实验研究中，温度常作为表征对象和过程状态的重要参数之一。
在机械制造业中，随精密加工和数控技术的迅速发展，对加工精度和精度稳定性提出了越来越高的要求。
在精密加工中，热变形引起的加工误差竟占总误差的40％－70％。
对于高精度机床，离开了对温度的严格控制，就根本没有高精度可言。
对于普通机床，在一般精度加工中，发热现象也由于机床功率和转速的大大提高而越来越严重。
另外，切削过程中的切削热现象也影响刀具的耐用度，限制了切削速度的提高，甚至影响加工质量。
因此，学习和了解温度的测量与控制，具有极为重要的意义。
1、实验目的研究和检验各种工作机械，传动机械和动力机械工作时，通过构建多点温度测试系统，获取其温度场的形成变化特点。
以期进一步分析产品的设计质量和制造质量。
(1) 运用学习的测试技术知识设计组建多点温度测试系统；(2) 学习铜一康铜热电偶的结构及其原理，测量其静特性、动特性曲线；(3) 学习传感器在实际测试中应用方法；(4) 学会组建合适的测试系统的一般方法；(5) 通过测试了解机床温度场的形成，认识机床热态特性的重要意义。
2、实验对象普通车床或其它运行机械设备作为实验对象，通过对机床温度场的测量，确定出机床热态特性，分析其对机床运行的影响。
3、实验设备(1) 铜一康铜热电偶，水银玻璃温度计，半导体测温传感器等；(2) 温度标定装置；(3) 多点转换开关；(4) 电位差计；(5) 函数记录仪；(6) 普通车床；(7) 相关低值易耗品。
4、实验步骤4.1实验准备(1) 机床温度场测试实验方案设计；(1) 绘制实验设备布置图；(2) 实验设备连线图；(3) 熟悉实验设备，重温热电偶得测量原理和一般结构，了解铜一康铜热电偶的特点；(4) 撰写实验操作步骤说明；(5) 预测实验中可能出现的问题及解决方法。
4.2实验操作(1) 制作铜一康铜热电偶（可选）；(1) 重温热电偶的三个基本定律（均匀电路定律、中间金属定律、中间温度定律）。
ZLDS113检测机床主轴热变形
ZLDS113检测机床主轴热变形
应用前景：
目前,国内外用来测量机床主轴热变形的方法主要有:一维球列法、球柄测量法(DBB)和电容测微仪测量法等。
由于一维球列法、球柄测量法(DBB)都采用接触式测量方式,在测量过程中会产生接触变形和热变形,因此,这两种测量方法都会影响测量的精度。
采用激光位移传感器可以很好的解决上述问题。
精密激光位移传感器ZLDS113采用新型设计，结构紧凑、小巧轻便。
有更高的性能指标：1μm的分辨率，3μm的线性度。
ZLDS113激光位移传感器拥有同步测厚功能，不需要额外的控制器和校准设备，可直接将两台传感器连接起来组成测厚系统。
应用方案：
将两个ZLDS113激光位移传感器分别安置在与机床x、y方向平行的位置,通过调整激光的方向和感应范围,通过软件读取主轴与传感器之间距离的变化情况，可以很好的测量主轴的径向热变形。
数控机床温度及热误差测量技术分析研究
数控机床温度及热误差测量技术分析研究谢春1，刘春时2，张为民1（1.同济大学机械工程学院，上海 200092；2.沈阳机床（集团）有限责任公司中央研究院，沈阳 110025）摘要：通过对数控机床温度测试手段、温度测点优化和温度变量提取技术的研究成果进行分析，指出温度测量中存在的问题。
描述了数控机床误差测试装置及其技术发展，提出了目前需要解决的问题和可能的研究切入点。
对具体机床温度和误差测试方法和结果进行了分析并提出今后的工作设想。
关键词：数控机床；温度变量；优化；热误差；测量技术在档数控机床的各种特性中，热特性对其加工精度和传动状况产生至关重要的影响，而且速度越高影响越显著。
数控机床在运转时，电动机、主轴箱和液压系统等辐射热量，加之切削热和运动副元素摩擦生热，使得机床的零部件产生热变形，特别是主轴、导轨、立柱、床身、工作台和刀架等重要部件，对加工精度和刚度起着决定性作用。
受热膨胀是材料的固有性质，高速、高精度数控机床要进一步提高加工精度，往往受到热变形的限制。
因此系统的热弹性特性分析与数控机床的最大误差源即热误差的控制被看作是提高机床的加工精度的重要手段。
而温度和热误差测量是建立温度场模型和热误差模型的前提和依据，其测点布置、温度变量的提取和测量仪器的精度将直接影响温度场模型和热误差模型的精度以及降低和消除热误差方案的有效性。
1 温度测量方法比较分析数控机床热误差取决于温度变化、各零部件的热膨胀系数和机床的总体结构，从根本上说取决于温度变化。
温度变化越大，热变形越剧烈，从而也可能产生大的热误差。
欲研究热误差的产生和变化规律，进而减小、消除和控制热误差，必须从温度变化入手，即通过采用有效的温度传感器进行温度测试，寻找温度变化和热误差之间的联系。
1.1 温度测量仪器和手段数控机床温度测量方法根据温度测量仪器类型分为接触式测量和非接触式测量两种。
目前接触式温度测量仪器有热电偶测温仪、热电阻测温仪、半导体热敏电阻测温仪、石英谐振测温仪等。
热变形温度测定操作规程
热变形温度测定操作规程热变形温度测定操作规程（一）准备事项1、试样（1）试样尺寸：根据标准选择，ASTM 为127*13*3-13mm。
GB为80*10*4mm或其他（2）试样数目：每组至少两个样品，试样表面应平整，没有过多的凹痕和毛边。
（3）试样准备状态：在232℃的温度和505%的湿度下保持至少40小时。
2、实验槽内应加入足量的导热油，依规范测试前油温应保持在20-23℃之间，证明较高的油温对材料软化温度无影响的情况下可使用较高的起始油温。
3、负荷砝码的确定：参照标准进行选择。
（二）操作方法1、打开电源开关和进水阀门开关，开启电脑，打开GT-7047程序，选择测试条件。
2、上升基座，按实验要求装上热变形压刀。
3、按实验所需，选择活动跨具。
4、将试样放置在支架上，轻轻放下压刀，使压针接触样品表面，将感温棒调至试样上方1-3mm 处。
5、下降基座，按实验要求选择适当的砝码，放置在压杆上。
6、将变形量调至适当的范围内，先选择固定座的适当高度，之后可以旋调微分刻度尺来选择适当的高度。
7、按时规定选择适当的加温速率，点击软件的的测试开始实验。
电脑会根据温度的上升显示压刀移动的距离，还可以通过图形直接观察。
当压刀通过0、254mm时，电脑上的温度显示变为黄色，并停止上升，此温度为该材料的热变形温度。
8、当所有样品都到达热变形温度时温度后，记录数据。
9、点击冷却降温。
10、每次试样必须取两个以上的样取平均值作为该材料的热变形温度。
11、实验结束，先关闭软件，再关闭计算机，最后关闭机器和冷却水。
（三）报告报告内容（必须）：1、初始温度2、温度上升比率3、样品上的总负荷。
机床温度场和热变形的测定
机床温度场和热变形的测定一、实验目的1. 通过实验了解、分析机床的热态特性，即受热后温升和热变形的情况，以及各热源对加工精度的影响；2. 了解和分析减少机床热变形的措施；3. 熟悉机床温度场和热变形的测试方法。
二、实验用设备和仪器1. 普通车床一台；2. 半导体点温计一个；3. 千分表两只（也可用非接触式电容测微仪或涡流测微仪）；4. 检验棒一根。
此外，在温度场的测试中，还可采用热电偶，它的测量精度较高（0.1〜0.2 °C）,反应速度快，制作亦简单，成本不高。
具体制作方法可参考有关资料。
三、实验原理机床的温升和热变形是由各种“热源”引起的。
工艺系统的热源可以分为两大类：即内部热源和外部热源。
其中内部热源包括机床的传动件（如电动机、轴承、齿轮副、液压系统、离合器和导轨副等）运转时产生的“摩擦热”和机床加工工件过程中所产生的“切削热” （如工件、刀具、切屑和切削液等）；外部热源包括环境温度（如气温、冷热风气流、地基温度等）的变化和各种热辐射（如阳光、暖气设备、人体等）的影响。
但热源的热量本身并不直接产生变形, 只有当热源热通过热传导、对流和辐射等传热方式（在机床上,传热的主要方式是热传导,而对流和辐射则往往起散热作用）向外传热,使机床各部件产生温升,形成温度差以后,才会出现热变形现象。
机床在内外热源影响下, 各部分的温度将发生变化。
由于热源分布的不均匀和机床结构的复杂性, 机床上各部分的温度不是一个恒定的值, 在一般情况下, 温度是时间和空间的函数。
这种随时间而变的温度场, 称之为不稳定温度场。
如果机床上各点的温度都不随时间而变,则此温度场称为稳定温度场。
机床上一般为不稳定温度场。
机床热变形的影响, 主要有以下几方面：由于机床各热源的分布及其所产生的热量都是不均匀的, 因此机床各个零部件的温升和热膨胀也就不均匀, 从而改变了各运动部件的相对位置及其位移的轨迹,因此,影响加工精度；改变滑移面的间隙,降低油膜的承载能力,恶化机床的工作条件；由于工件升温, 与测量工具的温度不同, 影响了测量精度。
机床温度测量讲解
妨碍了热误差补偿技术在工业生产中实际应
用，主要包括以下几种障碍：
? （1）热误差模型的精确性和鲁棒性不够 ? 在热误差补偿系统中，在加热和冷却过程中热误差模
型是否精确是一个很实际的问题，随时间变化的热误差相 对于几何误差更加难以建模。 ? （2）缺乏温度传感器最优布置方法 ? 热误差模型的精确度和鲁棒性和大程度上取决于温度 床干起的布置。在多数研究成功中如何确定温度传感器的 位置，有些凭经验，基于工程判断和研究者的个人经验， 通常是通过实验和误差处理达到的，机床温度场合热误差 的动态特性在这个过程中没有得到深入考虑。 ? （3）缺乏对热干扰，温度场合热误差动态特性分析的工 具 ? 建立精确，健壮的热误差模型和优化温度传感器布置， 要求彻底理解机床结构热干扰，温度场，热误差的动态特 性。大多数研究者试图通过实验得到这些动态特性，但是 这个过程是非常耗时，而且得到的结果总是很有限。所以 需要开发软件工具来寻求机床热系统和热弹性系统的动态 特性。
机床产生热变形的原因
机床产生热变形的主要原因是热源及机床各部 分的温差。热源通常都包括加工中的切削热、 运动副的摩擦热和动力源的发热以及辐射与周 围环境等其他外界热源等。此外，机床零件的 材料、结构、形状和尺寸的不一致也是产生热 变形的重要因素。
切削温度的测量仪器 切削温度的测量
如何减小机床的热误差
传感器直接与被测物体接触进行温度测量，由 于被测物体的热量传递给传感器，降低了被测 物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测 量精度较低。因此采用这种方式要测得物体的 真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足是利用被测物体热辐射而发出红外线， 从而测量物体的温度，可进行遥测。其 制造成本较高，测量精度却较低。优点 是：不从被测物体上吸收热量；不会干 扰被测对象的温度场；连续测量不会产 生消耗；反应快等。
卧式数控机床主轴温度场分布及对机床热变形的影响
卧式 数 控 机床 主 轴 温 度场 分 布 及对 机 床 热变 形 的 影 响
仇 健 ① 刘 启 伟① 李 晓飞② 马 晓 波①
（ 沈 阳机床 （ 团） 限责任公 司 ， 宁 沈 阳 １０ ４ ； ① 集 有 辽 １ １２ ② 沈 阳北方 交通重 工集 团 ， 宁 沈 阳 １０ ０ ） 辽 １０ １
ｒ ｃｉｎ ａｅ ｍｕ ｈ ｌｒ ｅ ｈ ｎ ｔ ｅ ｅ ｔｎ ｉｎ ｆＸ ｎ ａ ｉｌｄ ｒ ｃｉ ｎ ．Ｍｅｈ ｄ ｒ ｒ ｖｄ ｄ ｂ ｍｐ ｏ ｅ ｔｏ ｒ ｃ ａｇ ｒｔ ａ ｈ ｘ ｅ ｓｏ ｓ ｏ ａ ｄ Ｙ ｘ ａ ｉｅ ｔｏ ｓ ｔｏ ｓａ ｅ ｐ ｏ ｉ ｅ ｙ ｉ ｒ —
摘 要： 分别 应 用红外 热像仪 测温 技术 和激光测 距技 术对 机床 温 度场 和机 床 热误 差 开展 研 究。着 重 分析 三
轴 卧式数 控机床 的温 度场分 布 、 床运 行 中的热行 为 以及 两者 之 间的 联 系。经 试 验发 现 。 机 主轴 热 误 差是 数控机 床 的主要误 差源 之一 。 主轴热 误差 与机床 运行 中的温 度 分布 有 紧密 联 系 ， 主轴 各方 向变
ｙ ｉ ｏ ｅｍ ａ ｆ ｌ ｉ ｒ ｕ ｉｎ ｏ ｈ ｅ － ｘ ｓｈ ｒ ｏ ｔｌ ｃ ｉ ｉ ｇｃ ｎ ｒ ｎ ｓｏ ｅ ａｉ ｇ ｔｅ ａ ｅ ｓｓ ｆ ｈ ｒ ｌ ｅｄ ｄ ｓｉ ｔ ｆ ｔ ｒ ｅ ａ ｉ ｏ ｚ ｎ ａ ｍａ ｈ ｎｎ ｅ ｔｅ ａ ｄ ｉ ｐ ｒ ｔ ｒ ｌ — ｔ ｉ ｔｂ ｏ ａ ｉ ｔ ｎ ｈｍ ｂ
（ ） ｅｙｎ ａｈ ｅＴｏ 【 ｒ ｐ ｏ ， ｔ． Ｓｅｙｎ １１２ Ｃ Ｎ； （Ｓ ｎａｇＭ ｃｉ ｏｌ Ｇｏ ）Ｃ ． Ｌ ， ｈｎａｇ１０４ ， Ｈ ￣ｈ ｎ ｕ ｄ （ Ｓｅｙｎ ｏｈＴａｉ Ｈ ａｙＩ ｕｔ ｒ ｐ Ｓｅｙｎ １０ １ Ｃ Ｎ） ￣ ｈｎａｇ ａ ｒｆ ｅｖ ｎ ｓｙＧｏ ， ｈｎａｇ１００ ， Ｈ ） Ｎ ｆｃ ｄ ｒ ｕ
机床热变形的试验测试手段和测试数据
机床热变形的试验测试手段和测试数据
谭祝均
【期刊名称】《经济技术协作信息》
【年(卷),期】2009(000)022
【摘要】@@ 一、试验目的及要求rn对于机床的验收试验、性能试验和专题试验中,都有热变形的项目,但各阶段进行热变形试验的目的和内容有区别.在验收试验阶段,主要进行主轴轴承温升和机床几何精度的冷热检试验,这些试验的目的是对机床的热态性能进初步的综合检查,作为对机床是否合格的验收依据.
【总页数】1页(P194)
【作者】谭祝均
【作者单位】中国第一重型机械股份公司生产计划部
【正文语种】中文
【相关文献】
1.不同刚度地铁地下车站结构振动台试验测试数据的时频特征分析 [J], 赵丁凤;陈国兴;陈苏;戚承志;杜修力
2.从性能试验测试数据分析汽轮发电机定子绕组附加损耗及总风量 [J], 王作民
3.网联环境下的汽车道路试验测试数据处理方法 [J], 张新丰;罗明慧;沈勇;戴维
4.某桥梁荷载试验测试数据的误差分析 [J], 洪辉
5.现场热响应试验测试数据对比及应用分析 [J], 杨俊伟
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
高速铣削床鞍温度场建模与热变形分析
［］ ８ 杜玉玲 ， 文西芹 ， 刘成文 ． 机床主轴温度场的数 字化检测 ［ １ 术新 Ｊ． 新技 工艺 ，０ ４ ７ ：－ ． ２ ０ （ ）６ ８
化 ，０ ６ ４ ：３ — ３ ． ２０ （ ）１２ １３ ［Ｏ Ｊｅ ｈ ， ｎＮ ，ｌｅ Ｊ ｏ ｕｔｈｒ ａｅｌＦ ｏ ｅ ｎ ｄｃｍ ｅ ｓｔ ｎ １ ］ ｉＺ ｕＪ ｉ ｂ ｒ ． ｂ ｓｔｅｍ ｌｌ ｍ ｄｌ ｇ ｎ ｏ ｐ ｎａｉ ｕ Ａ ｔＲ ＇ Ｏ ｉ ａ ｏ
温 度设 定 为 ２ ｏｍ ５Ｃ 。
的优化设计和热变形分析提供理论支挣 ０ １ 。
３３ 有 限元模型 的加载 ．
利用有限元软件将上述的各参数对床鞍部件模型进行加载目 ，
得到的有 限元模型， 如图 ４所示 。
参 考文献
［］ １ 唐邵华． 高速铣 削加工 温度 场建模 及分析研究［ Ｉ Ｊｌ 机械设计与制造 ，
３２ 热 边界条件 的确定 ．
升最高点 出现在 ｚ向滚珠丝杠 的中部 ， 约为 ８ ． １ 从 ｚ向滚 ７材料为灰铸铁 Ｈ ３ ０其密度为 ７ ０ １３ ｇ Ｔ０ ， ． ｘ ０ ｋ／ ， ３ ｍ 硬度 珠丝杠 的中部至两端温升对称递减。 可 其余部分热变形较 为 ２０ Ｂ ， ０ Ｈ Ｓ 比热为 ５ ０／ｋ／ ， ３ Ｊ ｇ￣ 弹性模量为 １ ５ １５ Ｐ ， （ Ｃ） ． ｘ０ Ｍ ａ导热 计算 ， 以看出 ｚ向滚珠丝杠 的热变形较大 ， ３ 从而可 以正确地认识 床鞍部件 的热变形 ， 为高速高精密机床 系数取为 ４ ． （ ｒ ， ６ Ｗ／ｍ Ｃ）热膨胀系数为 １．， ５ １ 泊松 比为 ０５ 。 ５ ． 环境 小 ， ０
［］ 明艳 ， ６李 王素玉 ， 冯明泉． 高速切削温度场有限元动态仿真 『］ Ｊ． 煤矿机
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机床温度场和热变形的测定
一﹑实验目的
1.通过实验了解﹑分析机床的热态特性，即受热后温升和热变形的情况，以及各热源对加工精度的影响；
2.了解和分析减少机床热变形的措施；
3.熟悉机床温度场和热变形的测试方法。
二﹑实验用设备和仪器
1.普通车床一台；
2.半导体点温计一个；
3.千分表两只（也可用非接触式电容测微仪或涡流测微仪）；
4.检验棒一根。
此外，在温度场的测试中，还可采用热电偶，它的测量精度较高（0.1～0.20C），反应速度快，制作亦简单，成本不高。
具体制作方法可参考有关资料。
三﹑实验原理
机床的温升和热变形是由各种“热源”引起的。
工艺系统的热源可以分为两大类：即内部热源和外部热源。
其中内部热源包括机床的传动件（如电动机﹑轴承﹑齿轮副﹑液压系统﹑离合器和导轨副等）运转时产生的“摩擦热”和机床加工工件过程中所产生的“切削热”（如工件﹑刀具﹑切屑和切削液等）；外部热源包括环境温度（如气温﹑冷热风气流﹑地基温度等）的变化和各种热辐射（如阳光﹑暖气设备﹑人体等）的影响。
但热源的热量本身并不直接产生变形，只有当热源热通过热传导﹑对流和辐射等传热方式（在机床上，传热的主要方式是热传导，而对流和辐射则往往起散热作用）向外传热，使机床各部件产生温升，形成温度差以后，才会出现热变形现象。
机床在内外热源影响下，各部分的温度将发生变化。
由于热源分布的不均匀和机床结构的复杂性，机床上各部分的温度不是一个恒定的值，在一般情况下，温度是时间和空间的函数。
这种随时间而变的温度场，称之为不稳定温度场。
如果机床上各点的温度都不随时间而变，则此温度场称为稳定温度场。
机床上一般为不稳定温度场。
机床热变形的影响，主要有以下几方面：由于机床各热源的分布及其所产生的热量都是不均匀的，因此机床各个零部件的温升和热膨胀也就不均匀，从而改变了各运动部件的相对位置及其位移的轨迹，因此，影响加工精度；改变滑移面的间隙，降低油膜的承载能力，恶化机床的工作条件；由于工件升温，与测量工具的温度不同，影响了测量精度。
热变形对自动机床和自动线以及高精度机床的影响更为严重。
进行车床热变形和温度场的测试。
机床温升后，主轴中心线在空间的位置产生位移变化。
其主要原因是：
1.主轴前后轴承的发热量不同，前端箱壁的热膨胀量大于后端壁的热膨胀量，使主轴中心线在垂直面内，以主轴箱垂直方向的定位面为基准，倾斜地向上升高。
在水平面内以主轴箱侧向定位面为基准，向前偏移。
2.主轴箱内润滑油吸收了传动件运转时的摩擦热量，并经飞溅搅拌后，形成一个热源，通过箱体底部传给床身，床身受热后变形，产生翘曲，使主轴箱在床身上的垂直方向定位基面和侧向定位基面的位置发生改变，如图2所示。
因此，本实验是采用相对测量法，测量主轴中心线相对于床身导轨的综合变形量。
四﹑实验的步骤、方法及注意事项
车床温升后，主轴中心线在空间的位置发生了变化，为了测出主轴中心线的偏移量，在检验棒上选取近轴点和远轴点，以测定主轴中心线在其垂直面内的偏移量。
因此应在机床空运转前和空运转一段时间后，用两个千分表，如图3所示的安装位置，在检验棒上进行测量。
两次千分表所测得的读数差就是中心线的偏移量。
为了消除主轴锥孔中心线径向跳动和检验棒本身的误差对测量结果的影响，必须要求两次测量中检验棒相对于主轴中心孔的位置
不变，而主轴本身也必须转到开始测量时的相同位置。
图3 检验棒和千分表的安装位置
具体步骤如下：
擦净检验棒和主轴锥孔，将检验棒插入锥孔中，并作符号记下这原始的主轴位置；
1．将磁力千分表座固定于机床溜板上，在水平和垂直位置分别装好千分尺，如图3所示；
2．将溜板移至测量位置（近轴点和远轴点）千分表触头要紧靠检验棒a﹑c点，然后将表针对“零点”，再移动溜板，将千分表移至另一端测量b﹑d点，并记下读数，然后移开溜板；
记录数据：100mm初始值（0，95），终了值（25，48）
200mm初始值（0.5，73）终了值（73，99）
3．记录室温，打开主轴箱盖，用点温计顺次测量各热源（主轴前后轴承﹑摩擦离合器﹑油泵﹑油池﹑大齿轮套﹑刹车轮等）的初始温度。
再测出油池的池面高度。
均记录在“表一”和“表二”中。
4．主轴以最高转速空车运转；
5．每隔10min，停车后开盖，测量各热源的温度（要求每次测量的顺序和测量的位置力求一致）。
测量结果记录在“表一”中。
五、实验数据处理
1．检验棒两侧量点的轴向位置为横坐标，检验棒测量点的偏移量为纵坐标，画出主轴中心线偏移后在两个平面内的位置图；
2．根据转速图和传动系统图，对实验结果的各种曲线和数据进行分析，写出实验报告。
记录数据：100mm初始值（0，95），终了值（25，48）
200mm初始值（0.5，73）终了值（73，99）
表一侧面各点的即时温度
表二端面各点的即时温度
六﹑思考题
1. 对实验结果分析一下为什么主轴线会出现这样的偏移？对机床加工精度有何影响？箱体哪个尺寸对主轴轴线向前偏移影响最大？
2. 本车床变速箱中的主要热源是什么？为什么这些热源产生的热量最多？
3. 本实验测量方法中可能包含有那些错误？如何减小？。