三坐标测量机热特性分析及改善对策

由于机床类型的多样性、结构的复杂性及环境对温度场和热变形的影响较大，在研究坐标测量机热特性时，为了准确地判断出测量机内部主要热源的分布，以及由此而引起的温度场分布和在整个工作过程中测量机各部位的温度变化情况，并为进一步研究和解决热变形问题和最优结构设计提供原始数据。利用红外热像技术对三坐标测量机温度进行实时的、连续的、非接触的、大面积和高分辨率的测量具有重要的实际意义。8 c- t* X0 t. C/ J; z2 L7 g
1. 试验方案与内容
- r9 z: }7 S6 ?9 k1 X1.1 测试目的及要求
% {* q5 a0 {" u- `1 o1 K* I& y利用红外热像技术对青岛前哨英柯发测量设备有限公司的 ZOO3 系列三坐标测量机中的 ZOO3/15107 、 ZOO3/1077 及 ZC866 三种机型的温度分布及热源产生情况进行测试。要求如下：3 U9 K' d+ B; h; y
（ 1 ）掌握所测试三种型号测量机温度场由瞬态到稳态的变化过程；
( N. R  t+ ^; j( u7 u  |（ 2 ）掌握所测试三种型号测量机产生热变形的关键件的温度场及最大温差；
! a* E1 J2 S9 m! d2 B（ 3 ）了解所测试的三种型号测量机热源产生的情况及其周围的温度分布；- U* `: }  u3 H7 a0 V7 I
（ 4 ）为进行热特性分析及从热特性角度进行关键件的最优结构设计提供原始数据。3 t! T; d8 }) u/ q* W4 b
1.2 测试场地与条件
( L, z; N4 p! Y! ?; A测试在前哨英柯发测量设备有限公司恒温装配车间进行，室内的温度条件为 20 ± 1 ℃。测试对象是已经调试好符合出厂要求的三种型号的测量机。采用的测量设备是瑞士产的 AGA780SW 远红外测量仪，其分辨率为± 0.1 ℃。其中，对 ZOO3/15107 的测试是在塑料棚内进行的。4 o! }. b& C& W% S6 O
1.3 测试内容
+ J# l0 U# [$ \/ l在三坐标测量机空运转状况下（ X 、 Y 、 Z 三个方向的电动机全部启动），全面测试温度场分布及温升—时间关系，并对机床热特性进行分析。具体内容如下：
' \) {4 D1 Y' M* F' b# [5 J9 {（ 1 ）三种型号的测量机温度场从瞬态到稳态的变化过程；
3 O. F! f. N2 d8 u7 b+ ?（ 2 ）产生热变形的关键件——龙门框架的温度场分布及最大温差；& R8 m9 a$ G! W1 ~! q1 v
（ 3 ）寻求可能产生热源的组件；
: Y: [3 B3 c' m' Q2 p/ |（ 4 ）三个方向的电动机及其周围温度场分布情况；
* ?$ x9 |: }6 c, U: S（ 5 ）气浮块及其周围温度分布。8 L& {0 N7 R0 \7 l  w9 P) `) V; b) L
2. 试验结果与分析; ~1 g5 [! P8 T) G. @/ u
2.1 温升曲线——瞬态至稳态的变化过程$ ^; ?8 l" Q& ~. s, Y( `2 i" E3 f
对三种机型的横梁上某一固定点进行瞬态温度测试，找出测量对象处于热平衡状态的转变点，三坐标测量机与精密机床对温度变化规律大同小异，服从下列指数变化规律为( T* {" H8 k% q: d! P+ p) Q* M
T=T0+B （ 1-et/ τ）: v6 p5 F" I0 S, h& J0 H& S  `
式中 T ——温度，℃
2 t4 H1 b0 y0 M/ y, Wt ——时间， min0 g) q8 G$ ?& H( F7 |4 y
T0 ——初始温度（室温），℃! k3 y6 ^& ?# L6 n
τ——常数$ u( O0 t4 ^1 V) b9 I. B$ p- S4 h
ZOO3/1077 三坐标测量机进行了两次测量，第一次测试由于环境因素的干扰太大，恐怕测试数据不准确，所以进行了第二次测试。第一次测试温升曲线如图 1a 所示，第二次测试温升曲线如图 1b 所示。为了便于比较和分析，将三种机型的温升曲线汇总于图 2 。其中， ZOO3/15107 、 ZC866 温升曲线如图 2 中曲线 1 、 2 所示， ZOO3/1077 第一、二次测试温升曲线如图 2 中曲线 3 、 4 所示，对比这两条曲线可以看出周围环境干扰对于第一次测量结果的影响。