叶片五轴加工中心的A轴温升测试与实验

4.1 A 轴温升测试与实验验证

为了验证有限元方法对 A 轴热特性仿真的正确性，以 SMU350 叶片五轴加工中心为研究对象开展实验，机床 A 轴实物如图 8 所示。通过对两侧 A 轴电机定子的温度传感器进行采样，并根据上述有限元计算进行对比验证。

图 8 机床 A 轴实物

实际加工叶片时， A 轴前端的负载不同。 (A_{1}) 轴夹具负载为 134.9N，质心到端面的距离为 86 mm； (A_{11}) 轴夹具负载为 48.3N，质心到端面的距离为 96mm。因此需对两端 A 轴结构重新进行仿真并开展温度测试。实验过程中，室温为 22℃，根据测试得到电机电流，如图 9 所示。对左右 A 轴模型进行热特性仿真分析并与实验结果进行对比，结果如图 10 所示。可以看出：随着运行时间增加，仿真结果与实验结果逐渐趋于一致，说明仿真结果与真实结果相近，仿真数据可靠。

使用可视测温仪测量 A 轴箱体端面和轴芯端面的温度，热成像分辨率为 240 像素 ×240 像素，环境湿度为 60%，所得热成像图如图 11 (a) 所示。可知： A 轴前端轴承和电机产生的热量分别传至轴芯前端面和 A 轴箱体端面。通过 HIKMICRO Analyzer 分析输出 3D 热成像图，如图 11 (b) 所示。可知： A 轴端面和 A 轴箱体端面高温区呈双环结构，且最高温度约为 26℃，与仿真结果相近。

图 9 机床 (A_{1}) 和 (A_{11}) 的输出电流

图 10 温度随时间变化曲线(a) (A_{1})‑axis；(b)(A_{11})‑axis

图 11 热成像示意(a) 轴芯前端；(b) 3D

4.2 A 轴精度与性能测试

采用 R‑80RADIAN 激光干涉仪对 SMU350 叶片五轴加工中心的加速度进行测试，如图 12 所示。可以看出最大加速度为 (50040^{circ}/mathrm{s}^{2})，满足设计要求。

图 12 A 轴加速度测试

通过激光测量仪对 A 轴定位精度进行测试，如图 13 所示。将回转轴校准装置置于 A 轴端面，测试数据如图 14 (a) 所示，使用 XCal‑View 软件分析得到定位精度如图 14 (b) 所示。 A 轴角度误差为 5″ (± 2.5″)，满足叶片加工要求；其中，最大反向差 (U_{max }=1.1'')，最大分散度 (P_{max }=2.4'')，位置不确定度 (P=5.6'')，位置偏差 (P_{s}=3.0'')，平均反向差为 1.1″，平均重复精度为 (1.6'')。从图 14 可以看出： A 轴结构误差均在位置分散度以内，满足 VDI 3441—1997 定位精度标准 [22]，满足设计精度要求。

图 13 A 轴精度测试

图 14 A 轴定位精度(a) 测试数据； (b) VDI 定位精度