本文(wén)章实验分(fēn)析切削液与内圆磨床热特性之间的影响关系

现在几乎所有(yǒu)机械制造的生产商(shāng)都越来越看重机床加工精度这一项，因為(wèi)现在國(guó)内制造行业正处于不断的发展中，相应的，对组成各机械设备的工件的精度要求也在不断提高，所以，这就需要使用(yòng)加工精度更高的机床设备来提高工件的加工精度。通常一台机床的工作性能(néng)主要由静刚度、动刚度以及热刚度三大刚度来影响。根据经验表明，热变形会引起机床加工误差的35-75%，这主要是由机床各部件之间的热膨胀引起的。本文(wén)章针对内圆磨床讨论切削液对内圆磨床整机的热特性的影响。

一.切削液引起的热变形

内圆磨床主要由床身、桥板、滑板、床头箱、工作台、底座、磨头等部件构成。切削液从切削區(qū)落下，流过工作台和床身，从床身竖壁上的出水口流出，通过外接设备再循环到切削區(qū)。

切削液在机床表面流动时，主要和床身以强迫对流换热的形式进行热交换，其热交换程度的强弱用(yòng)对流换热系数α来评定。由热力學(xué)知识可(kě)知，α与很(hěn)多(duō)因素有(yǒu)关，包括交换面性质、温差、流體(tǐ)物(wù)性等等。切削液流过表面流道的模型可(kě)以近似处理(lǐ)為(wèi)流體(tǐ)流过平板的模型，因此可(kě)由努謝(xiè)尔特准则方程计算对流换热系数。机床其他(tā)表面仅与空间发生自然对流和强迫对流，同样用(yòng)努謝(xiè)尔特准则方程来计算。

由于切削液是循环利用(yòng)的，尽管其在流出床身后有(yǒu)一定的冷却装置，但長(cháng)时间工作状况下其温度逐渐升高。实际生产中，更長(cháng)的磨削时间能(néng)使得温度升高更多(duō)，因此本文(wén)主要针对讨论在切削液达到40℃恶劣工作情况下对内圆磨床热特性的影响。由于床身固定在地面上，底部与地面接触，地面由于潮湿温度低于环境温度，因此约束底部温度保持20℃不变。当仅考虑切削液时，床身的热量主要集中在流道附近。其他(tā)部分(fēn)因為(wèi)无热量输入，因此温度由床身中部向床身两端呈梯度下降。计算模拟结果见左图。

由于床身采用(yòng)地脚螺栓固定在地面上，因此处理(lǐ)模型时将底部完全约束。上面右图是放大1000倍以后的热变形位移分(fēn)布图，可(kě)看出，床身中间部分(fēn)拱起，使得磨头和工件主轴部分(fēn)均呈后仰状态，从而影响加工精度，变形最大处发生在金刚筆(bǐ)座处。

二.切削液引起的加工误差

根据内圆磨床磨削过程的动态尺寸链方程式可(kě)知，影响热变形尺寸精度主要有(yǒu)金刚筆(bǐ)尖端热位移、磨头轴線(xiàn)热位移和工件主轴轴線(xiàn)的热位移。金刚筆(bǐ)在磨削过程中要间断性地修整砂轮，修整量通过控制系统在磨削进给中得到补偿，但由于热变形量无法获知，因此带来了不能(néng)准确修整，从结构来看，金刚筆(bǐ)呈现“让”的状态。由于金刚筆(bǐ)安装在筆(bǐ)座上面，筆(bǐ)座的变形对筆(bǐ)尖有(yǒu)直接影响，因此金刚筆(bǐ)筆(bǐ)座的位移量即為(wèi)筆(bǐ)尖的位移量。

三.结论

1.切削液是影响金刚筆(bǐ)筆(bǐ)座热变形的主要原因，使得金刚筆(bǐ)产生热位移，导致修整砂轮时修整不到位，影响内圆磨床整机加工精度。

2.在内圆磨床热特性分(fēn)析中不能(néng)忽略切削液的影响。

3.热变形是影响高速高精度内圆磨床加工精度的主要原因，其主要通过金刚筆(bǐ)尖端热位移、磨头轴線(xiàn)热位移以及工件主轴轴線(xiàn)的热位移的共同作用(yòng)对精度产生影响。

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