热性能测试对控制数控线切割机加工热变形的意义

1.数控电火花线切割机热性能测试的目的

    控制电火花数控线切割机床热变形的关键是通过热性能特性的测试，充分了解线切割机床所处的环境温度的变化，机床本身热源及温度变化以及关键点的响应(变形位移)。测试数据或曲线描述一台机床热特性，以便采取对策，控制热变形，提高机床的加工精度和效率。具体地说，应达到以下几个目的：

    (1)机床周围环境测试。测量车间内的温度环境，它的空间温度梯度，昼夜交替中温度分布的变化，甚至应测量季节变化对机床周围温度分布的影响。

    (2)机床本身的热特性测试。尽可能地排除环境干扰的条件下，让机床处于各种运转状态，以测量机床本身的重要点位的温度变化、位移变化，记录在足够长的时间段内的温度变化和关键点位移，也可用红外线热相仪记录各时间段热分布的情况。

    (3)加工过程测试温升热变形，以判断机床热变形对加工过程精度的影响。

    (4)上述试验可积累大量的数据、曲线，将为机床设计和使用者控制热变形提供可靠的判据，指出采取有效措施的方向。

2.数控线切割机床热变形测试的原理：

    热变形测试首先需要测量若干相关点的温度，包含以下几方面：

    (1)热源：包括各部分进给电动机、主轴电动机、滚珠丝杠传动副、导轨、主轴轴承。

    (2)辅助装置：包括液压系统、制冷机、冷却和润滑位移检测系统。

    (3)机械结构：包括床身、底座、滑板、立柱和铣头箱体和主轴。

    在主轴和回转工作台之间夹持有铟钢测棒，在X、Y、Z方向配置了5个接触式传感器，测量在各种状态下的综合变形，以模拟刀具和工件间的相对位移。

3.测试数据处理分析：

    数控线切割机床热变形试验要在一个较长的连续时间内进行，进行连续的数据记录，经过分析处理，所反映的热变形特性可靠性很高。如果通过多次试验进行误差剔除，则所显示的规律性是可信的。

    从实践中可以得到以下结论：

    (1)主轴的热平衡时间约1h左右，平衡后温升变化范围1.5℃；

    (2)温升主要来源于主轴轴承和主轴电动机，在正常变速范围内，轴承的热态性能良好；

    (3)热变形在X向影响很小，约＜0.005mm，Y向变形远大于X向，鉴于点4、点5的温升＜1℃，说明主轴Y向的变形主要来源于铣头箱体结构，与丝杠和导轨无关联。应改进铣头的铸件结构；

    (4)Z向伸缩变形较大，约10μm，是由主轴的热伸长及轴承间隙增大引起的；

    (5)当转速持续在9000r/min时，温升急剧上升，在2.5h内急升7℃左右，且有继续上升的趋势，Y向和Z向的变形达到了29μm和37μm，说明该主轴在转速为9000r/min时已不能稳定运行，但可以短时间内(≤20min)运行。

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