葉片五軸加工中心的A軸溫升測試與實驗

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4.1 A 軸溫升測試與實驗驗證

為了驗證有限元方法對 A 軸熱特性仿真的正確性，以 SMU350 葉片五軸加工中心為研究對象開展實驗，機床 A 軸實物如圖 8 所示。通過對兩側 A 軸電機定子的溫度傳感器進行采樣，并根據上述有限元計算進行對比驗證。

圖 8 機床 A 軸實物

實際加工葉片時， A 軸前端的負載不同。 (A_{1}) 軸夾具負載為 134.9N，質心到端面的距離為 86 mm； (A_{11}) 軸夾具負載為 48.3N，質心到端面的距離為 96mm。因此需對兩端 A 軸結構重新進行仿真并開展溫度測試。實驗過程中，室溫為 22℃，根據測試得到電機電流，如圖 9 所示。對左右 A 軸模型進行熱特性仿真分析并與實驗結果進行對比，結果如圖 10 所示。可以看出：隨著運行時間增加，仿真結果與實驗結果逐漸趨于一致，說明仿真結果與真實結果相近，仿真數據可靠。

使用可視測溫儀測量 A 軸箱體端面和軸芯端面的溫度，熱成像分辨率為 240 像素 ×240 像素，環境濕度為 60%，所得熱成像圖如圖 11 (a) 所示。可知： A 軸前端軸承和電機產生的熱量分別傳至軸芯前端面和 A 軸箱體端面。通過 HIKMICRO Analyzer 分析輸出 3D 熱成像圖，如圖 11 (b) 所示。可知： A 軸端面和 A 軸箱體端面高溫區呈雙環結構，且最高溫度約為 26℃，與仿真結果相近。

圖 9 機床 (A_{1}) 和 (A_{11}) 的輸出電流

圖 10 溫度隨時間變化曲線(a) (A_{1})?axis；(b)(A_{11})?axis

圖 11 熱成像示意(a) 軸芯前端；(b) 3D

4.2 A 軸精度與性能測試

采用 R?80RADIAN 激光干涉儀對 SMU350 葉片五軸加工中心的加速度進行測試，如圖 12 所示。可以看出最大加速度為 (50040^{circ}/mathrm{s}^{2})，滿足設計要求。

圖 12 A 軸加速度測試

通過激光測量儀對 A 軸定位精度進行測試，如圖 13 所示。將回轉軸校準裝置置于 A 軸端面，測試數據如圖 14 (a) 所示，使用 XCal?View 軟件分析得到定位精度如圖 14 (b) 所示。 A 軸角度誤差為 5″ (± 2.5″)，滿足葉片加工要求；其中，最大反向差 (U_{max }=1.1'')，最大分散度 (P_{max }=2.4'')，位置不確定度 (P=5.6'')，位置偏差 (P_{s}=3.0'')，平均反向差為 1.1″，平均重復精度為 (1.6'')。從圖 14 可以看出： A 軸結構誤差均在位置分散度以內，滿足 VDI 3441—1997 定位精度標準 [22]，滿足設計精度要求。