本文章实验分析切削液与内圆磨床热特性之间的影响关系

现在几乎所有机械制造的生产商都越来越看重机床加工精度这一项，因为现在国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。切削液从切削区落下，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区。

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对流换热系数α来评定。由热力学知识可知，α与很多因素有关，包括交换面性质、温差、流体物性等等。切削液流过表面流道的模型可以近似处理为流体流过平板的模型，因此可由努谢尔特准则方程计算对流换热系数。机床其他表面仅与空间发生自然对流和强迫对流，同样用努谢尔特准则方程来计算。

由于切削液是循环利用的，尽管其在流出床身后有一定的冷却装置，但长时间工作状况下其温度逐渐升高。实际生产中，更长的磨削时间能使得温度升高更多，因此本文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。其他部分因为无热量输入，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。

由于床身采用地脚螺栓固定在地面上，因此处理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布图，可看出，床身中间部分拱起，使得磨头和工件主轴部分均呈后仰状态，从而影响加工精度，变形最大处发生在金刚笔座处。

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知，影响热变形尺寸精度主要有金刚笔尖端热位移、磨头轴线热位移和工件主轴轴线的热位移。金刚笔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，因此带来了不能准确修整，从结构来看，金刚笔呈现“让”的状态。由于金刚笔安装在笔座上面，笔座的变形对笔尖有直接影响，因此金刚笔笔座的位移量即为笔尖的位移量。

三.结论

1.切削液是影响金刚笔笔座热变形的主要原因，使得金刚笔产生热位移，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析中不能忽略切削液的影响。

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，其主要通过金刚笔尖端热位移、磨头轴线热位移以及工件主轴轴线的热位移的共同作用对精度产生影响。

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