熱變形是影響機床加工精度的(De)原因之(Zhi)一。機床受到[Dao]車間環境溫度變化、電動機發熱和機(Ji)械運動摩擦發[Fa]熱、切削熱以(Yi)及冷卻介質的[De]影響，會導緻機床各[Ge]部的[De]溫升不均勻，導(Dao)緻(Zhi)機(Ji)床形态精度(Du)及[Ji]加工精度的變[Bian]化。比[Bi]如，在一台[Tai]普通精度的數控銑床上加工70mm×1650mm的螺杆，上(Shang)午(Wu)7:30-9:00銑削的工件與下午2:00-3:30加工的工件(Jian)相比，累積誤差[Cha]的變化可達85m。而(Er)在恒溫的條件下，誤差可(Ke)以減小到40m。

　　再(Zai)比如，一(Yi)台用于雙端[Duan]面磨削0.6～3.5mm厚的薄鋼(Gang)片工件的精密雙端面磨床，在驗收(Shou)時[Shi]加工200mm×25mm×1.08mm鋼片工件(Jian)能達到mm的尺寸精[Jing]度，彎曲度在全長[Zhang]内小于5m。但連續自動磨削1h後，尺寸變化(Hua)範圍增大至12m，冷卻液溫度[Du]由開機時的17℃上升到45℃。由于磨削熱的影響，導緻主軸軸頸伸長[Zhang]，主軸前軸承間[Jian]隙增大。據此，為該機床冷卻液箱添加[Jia]一台5.5kW制冷機，效果十分[Fen]理想。實踐證明(Ming)，機床受熱後的[De]變形是影響加[Jia]工精度的重要原因(Yin)。但機床是處在溫度随時[Shi]随處變化的環境中；機床本身在工[Gong]作時必然會消耗能量，這些(Xie)能量的相當[Dang]一部分會以各種方式[Shi]轉[Zhuan]化為(Wei)熱，引起機(Ji)床各[Ge]構件的物理變化，這種變化又[You]因為結構形式的不同，材質的差異等[Deng]原因而(Er)千差萬别。機床(Chuang)設計師應掌握[Wo]熱的形成機理和溫度分(Fen)布規[Gui]律，采取相應的措施，使熱變形對加工精度的影響縮(Suo)減到最低。

　　我們國[Guo]家幅員遼闊，大部分地區處于[Yu]亞熱帶地區，一年四(Si)季(Ji)的溫度變化較大(Da)，一天内溫差變化也[Ye]不一樣。因此，人們對(Dui)室内(如車間)溫度的幹預的[De]方[Fang]式和程度[Du]也不同，機床周圍的(De)溫度[Du]氛圍千差(Cha)萬[Wan]别(Bie)。舉(Ju)個例子，長三角地[Di]區[Qu]季節溫度變化範圍約45℃左右，晝夜[Ye]溫度變化約5～12℃。機加工車間一般冬天無供熱，夏天無空(Kong)調，但隻要車間通風較好，機加工[Gong]車[Che]間的溫度梯度變(Bian)化不大。而東(Dong)北[Bei]地區[Qu]，季節(Jie)溫差可達60℃，晝[Zhou]夜變化約8～15℃。每年(Nian)10月下旬至(Zhi)次年4月初為[Wei]供暖期，機加工車間的設計有供暖，空氣流通不(Bu)足。車間内外溫差可達50℃。因此[Ci]車間内冬季的溫度梯度(Du)十分複雜，測量時(Shi)室外溫度1.5℃，時間為上午8:15-8:35，車間[Jian]内溫[Wen]度變化約3.5℃。精(Jing)密[Mi]機床的加工精(Jing)度在這(Zhe)樣的車間内受環[Huan]境溫度影響将是很[Hen]大的。

 

　　3)散(San)熱：地基有較好的(De)散熱作(Zuo)用，尤其是精[Jing]密機床的地基切忌靠近地下供熱管(Guan)道(Dao)，一旦破裂洩漏時(Shi)，可能[Neng]成為一個難(Nan)以找到原(Yuan)因的熱源；敞開的車間将[Jiang]是[Shi]一個很好的“散熱器”，有利于車間溫度均衡。

 

　　4)恒溫：車[Che]間采取恒溫設施對精密(Mi)機床保持精(Jing)度和加工精度是很有效(Xiao)果的，但能耗較大。

 

 

 

　　機(Ji)床的結構(Gou)形态對溫升的影[Ying]響在機床(Chuang)熱變形[Xing]領域(Yu)讨論機床結[Jie]構形态(Tai)，通常指結構形式、質[Zhi]量分布、材料性能和熱源分布等問題。結[Jie]構形态影響機床的[De]溫度分布、熱(Re)量的(De)傳導方[Fang]向、熱[Re]變形(Xing)方(Fang)向及匹配等。

　　1)機床的結[Jie]構(Gou)形态。在(Zai)總體結構方面，機床(Chuang)有立式、卧[Wo]式、龍門式和(He)懸臂式等，對于熱的響應和[He]穩定性均[Jun]有較大差(Cha)異。例如齒輪變(Bian)速的車床主軸箱(Xiang)的(De)溫升可高達35℃，使(Shi)主軸端上擡，熱(Re)平[Ping]衡時間需2h左[Zuo]右。而斜床身式精密(Mi)車[Che]銑加工中心，機床有一個穩定的底(Di)座。明顯提高了整機剛度，主[Zhu]軸采[Cai]用伺服電動機驅動，去除了齒(Chi)輪傳動部分，其溫升一般小于15℃。

 

　　2)熱源分布(Bu)的影響。機床上通常[Chang]認為[Wei]熱源是指[Zhi]電動[Dong]機。如主軸電動機、進給[Gei]電[Dian]動機和[He]液壓系統等，其實(Shi)是不(Bu)完全[Quan]的。電動機的(De)發熱隻是在(Zai)承擔負荷時，電流(Liu)消耗在電樞阻抗(Kang)上[Shang]的能量[Liang]，另有相當一部[Bu]分(Fen)能量消耗于(Yu)軸承、絲杠螺母和導軌等機構[Gou]的摩擦功引起[Qi]的發熱。所以可(Ke)把電動機稱為[Wei]一次熱(Re)源，将軸承、螺母、導[Dao]軌和切屑稱(Cheng)之為(Wei)二[Er]次熱(Re)源。熱變形(Xing)則(Ze)是所有這些(Xie)熱源綜合影響[Xiang]的結果。一台立[Li]柱移動式立式[Shi]加工[Gong]中心在Y向(Xiang)進給運動中溫(Wen)升和變形情況[Kuang]。Y向進給時工作台未作運動，所[Suo]以對X向的(De)熱變形影響很小。在立柱上，離Y軸的導軌絲杠[Gang]越遠[Yuan]的點，其溫升越小。該機在Z軸移[Yi]動(Dong)時的情況則(Ze)更進[Jin]一步說明(Ming)了熱源分(Fen)布對熱變形的影響。Z軸進給離X向[Xiang]更遠，故熱變形影[Ying]響更小，立柱(Zhu)上[Shang]離(Li)Z軸電動[Dong]機螺母越近(Jin)，溫升及變形(Xing)也越大。

 

　　機床熱(Re)性能的測試

 

 

　　1)熱源：包括各部分進給電動機、主軸電動機、滾珠絲[Si]杠傳動副(Fu)、導軌、主軸軸承(Cheng)。

 

　　2)輔助裝置：包括液壓[Ya]系統、制冷機、冷卻[Que]和潤滑位移檢[Jian]測系[Xi]統。

　　3)機械結構：包括(Kuo)床身、底座、滑闆(Pan)、立柱和銑頭箱體和主軸。在(Zai)主軸和回轉工作台(Tai)之間[Jian]夾持有铟鋼測棒(Bang)，在X、Y、Z方向配置了(Le)5個接觸式傳[Chuan]感器，測量在各種狀态下(Xia)的綜合變形[Xing]，以模拟(Ni)刀具和工件間的(De)相對位(Wei)移。

 

　　3、測(Ce)試(Shi)數據處理分[Fen]析機床熱變形[Xing]試驗(Yan)要(Yao)在一個較長(Zhang)的連[Lian]續時間内進行，進行[Hang]連續的數據記(Ji)錄，經過分(Fen)析處理，所反映的熱變形[Xing]特性可靠性(Xing)很高。如果通[Tong]過多次試驗進行誤差剔除，則所顯示的規律(Lü)性是可信的。主軸系統熱變形試驗[Yan]中共設(She)置了5個測量點，其[Qi]中點1、點2在主軸端部(Bu)和靠近主軸[Zhou]軸承處，點4、點[Dian]5分别在銑頭殼[Ke]體(Ti)靠近Z向導軌處。測試時間共持續(Xu)了14h，其中前(Qian)10h主軸轉速[Su]分别(Bie)在0～9000r/min範圍内交替變速，從第10h開始(Shi)，主軸持續(Xu)以9000r/min高速(Su)旋[Xuan]轉。

 

 

　　4)Z向伸縮變形[Xing]較大，約[Yue]10m，是由主軸的[De]熱伸長及(Ji)軸承間隙增大(Da)引起的；

　　5)當轉(Zhuan)速持續在9000r/min時，溫升急劇上升，在2.5h内急升7℃左右，且有(You)繼(Ji)續上升的趨(Qu)勢，Y向(Xiang)和Z向的變形達到了29m和37m，說明該主軸在轉速為[Wei]9000r/min時已不能穩定運行，但可(Ke)以短時間内(20min)運[Yun]行。機床熱(Re)變形的控制由以上分析讨論，機床[Chuang]的溫升和熱變[Bian]形對加工精度(Du)的影響因素多種多(Duo)樣[Yang]，采取控制措施時，應抓住主要矛盾，重點采取(Qu)一、二(Er)項措施，取得事半功倍的(De)效果。在設計[Ji]中應從4個方[Fang]向入手：減少(Shao)發熱，降低溫升(Sheng)，結構平衡(Heng)，合理[Li]冷卻。