熱變形是影響機(Jī)床加(Jiā)工精度的[De]原因之一。機床受到車[Chē]間(Jiān)環境溫度變化、電動(Dòng)機發熱和機械(Xiè)運動摩擦發◇熱◇、切(Qiē)削熱以及冷卻介質的影響，會導緻機床各部的溫升▿不▿均勻，導緻機床形态精度[Dù]及加工精度的◆變◆化。比(Bǐ)如[Rú]，在一台普通精度的數控銑床上加工70mm×1650mm的螺杆，上午7:30-9:00銑削的工件與[Yǔ]下午2:00-3:30加工的[De]工件相比[Bǐ]，累積誤差的◊變◊(Biàn)化(Huà)可達[Dá]85m。而在恒◆溫◆的條件下，誤(Wù)差可以減小到40m。

　　再比如，一台用(Yòng)于雙[Shuāng]端面磨[Mó]削0.6～3.5mm厚的薄鋼片∆工∆件的精密[Mì]雙端面磨床，在驗收時加工200mm×25mm×1.08mm鋼片工件能達到mm的尺寸精度，▿彎▿曲度在全長内小于5m。但連續自動磨削1h後，尺寸變化範圍增大至12m，冷卻液溫(Wēn)度由開(Kāi)機時的(De)17℃上升到45℃。由于磨削(Xuē)熱的影○響○，導緻主[Zhǔ]軸軸頸伸長，主軸(Zhóu)前軸承間隙增大[Dà]。據(Jù)此，為該機床冷卻液箱添加一◈台◈5.5kW制冷機，效果十◊分◊[Fèn]理想。實踐證明，機(Jī)∆床∆受熱後的變形是影響[Xiǎng]加[Jiā]工∇精∇度[Dù]的重要原因。但機▿床▿[Chuáng]是處在[Zài]溫度随[Suí]時随處(Chù)變∆化∆(Huà)的環境●中●[Zhōng]；機床本身在工作時必然會消耗能量，這些○能○⋄量⋄的相當一▿部▿[Bù]分會以各種[Zhǒng]方式轉[Zhuǎn]化(Huà)為熱，引起機床各構件的物▲理▲變化，這種變化又因為(Wéi)結構形式的不(Bú)同，材質的差異等原因而千差萬别。機床設計師應掌握熱的[De]形成機理和溫度分布規律，采取相應(Yīng)的措施，使熱變形對加工精[Jīng]度◊的◊影○響○縮減到[Dào]最低。

　　◊我◊◇們◇國家幅(Fú)員◊遼◊闊，大部分地(Dì)區處于亞熱帶◇地◇區，一年四季的[De]溫度變化較大，一天内(Nèi)溫差變化也不(Bú)一樣。因(Yīn)此，人們對室内[Nèi](如車間)溫度的幹預的方式和(Hé)程度也◆不◆同，機床周圍的溫度氛圍千差萬别。舉個(Gè)例子，長三[Sān]角地區季節溫度變化範(Fàn)圍約45℃左右，晝夜溫度變◆化◆約5～12℃。機加工(Gōng)車間一般冬∇天∇無供[Gòng]熱，夏天無空調，但●隻●要車間通(Tōng)風較好，機[Jī]加工車間的溫度梯度變化不(Bú)大。而東北地區，季節溫差可達60℃，晝夜變化約8～15℃。每年10月下旬至●次●年4月初為供暖期，機[Jī]加[Jiā]工車間[Jiān]的設計有(Yǒu)供暖(Nuǎn)，空氣流通不足。車[Chē]間内外溫差可達(Dá)50℃。因此車間内冬季的[De]溫度梯度十分複雜，測量時室外(Wài)▽溫▽[Wēn]度1.5℃，時[Shí]間為上午8:15-8:35，車間内溫[Wēn]度變化約3.5℃。精密機床的加工精[Jīng]度在這樣(Yàng)的車間内受環境溫[Wēn]度影(Yǐng)響将是[Shì]很大的(De)。

 

　　3)散熱：地基有較好的散∇熱∇作用，◈尤◈其是精●密●機床的地基切忌靠⋄近⋄地∇下∇供熱管道，一◊旦◊破裂洩◆漏◆時，可能成(Chéng)◇為◇一個難以找到原因的熱源；敞[Chǎng]開的車間将是一個很[Hěn]好的“散熱器”，有利于車∇間∇溫度均衡。

 

　　4)恒溫：車間采取恒溫設施對精[Jīng]密機床保持精度[Dù]和加工精(Jīng)度是很有●效●[Xiào]果的(De)，但能耗較(Jiào)大。

 

 

 

　　機床的結構形态(Tài)對溫升的影響在機床熱變形領域讨論機床結構形态，通常指結[Jié]構形式、質量分(Fèn)布、材料性能和熱源分布等問題。結構形[Xíng]态影響機床的溫▽度▽(Dù)分布、熱量的傳導(Dǎo)方[Fāng]向、熱變形方向及匹配等。

　　1)機床的結構形态。在總體結構[Gòu]方面，機床有立式、卧式、◇龍◇門式和懸臂式等(Děng)，對于熱(Rè)的響應和穩定性均有較[Jiào]大差異。例如齒(Chǐ)輪變速的車床主軸箱的溫升可▾高▾[Gāo]達35℃，使主軸端上擡，熱平衡時間需(Xū)2h左○右○。而[ér]斜床身式精密車銑加工中心，機床有一個穩定的底座。明◈顯◈提高了整(Zhěng)◈機◈∇剛∇度，主軸采用伺服電動機驅動，去除了齒輪傳動部(Bù)分，其溫○升○一般(Bān)小于15℃。

 

　　2)熱源(Yuán)分布的⋄影⋄[Yǐng]響。機床上通常認為[Wéi]熱源是指電動機。如主軸電動機、進給電(Diàn)動機和液壓系統等，其實是不完全的。電動機的發[Fā]熱隻是在[Zài]承擔負荷時，電流消(Xiāo)耗在電(Diàn)∆樞∆阻抗上的能量，另有(Yǒu)相當一部(Bù)分能量消耗于軸∆承∆、◆絲◆杠螺母和導軌等機構(Gòu)的摩擦功引起的發熱。所以可把電(Diàn)動機稱為一次熱源，将軸承、螺母、導軌和[Hé]切屑稱之為二次[Cì]熱源(Yuán)。熱變形則是所有這些熱源[Yuán]綜合影響的結果。一台立柱移動式立式加工中●心●在Y向[Xiàng]進給運動中溫升和變形情況。Y向進給時工作台未作運動，所以對X向的熱變形影[Yǐng]響很小。在立▾柱▾[Zhù]上，離Y軸的導∆軌∆絲杠越遠的(De)點，其溫升越小。該機在Z軸移動時的情況則更進[Jìn]一步說明了熱源分布對熱變形的影響。Z軸進[Jìn]給●離●(Lí)X▾向▾更遠，故熱變形影響◇更◇(Gèng)小，立柱上[Shàng]離Z軸電動機螺[Luó]母越(Yuè)近，溫⋄升⋄及變形也越(Yuè)大。

 

　　機◊床◊熱性能的測[Cè]試(Shì)

 

 

　　1)熱源：包括各部分(Fèn)進給電動[Dòng]機、主軸電[Diàn]動機、滾珠絲杠傳動[Dòng]副、導軌、主軸軸承。

 

　　2)輔[Fǔ]◊助◊裝置：包括液[Yè]壓系統、制冷機、冷卻和∆潤∆[Rùn]滑位移檢測系統[Tǒng]。

　　3)機械(Xiè)結構：包括床身、底座、滑闆、立柱[Zhù]和銑頭[Tóu]箱體和[Hé]主軸。在主軸[Zhóu]和回轉工作台之間夾持(Chí)有铟鋼測棒，在X、Y、Z方向[Xiàng]配置了5個接●觸●式傳感▿器▿[Qì]，測量在各種狀态下的綜(Zōng)合變[Biàn]形，以模拟刀具●和●工件(Jiàn)間●的●相對位移。

 

　　3、測試數據處理分析機床熱[Rè]變形試驗要在●一●個較長的連續時[Shí]間内進行，進行連⋄續⋄(Xù)的數據記錄，經(Jīng)過分析處理[Lǐ]，所反映的熱變形特性[Xìng]可靠性很[Hěn]高。如果通過多次試(Shì)驗(Yàn)進(Jìn)行誤差剔除，則[Zé]所顯示的規律性是可信的。主軸系統熱變○形○試驗中共設置[Zhì]了5個測量點，其中點1、點2在主軸端部和靠近主軸軸承處，點4、點5分▽别▽(Bié)在銑頭殼體▿靠▿近Z向導軌(Guǐ)處。測試時[Shí]間共持續了14h，其中前10h主⋄軸⋄轉速分别[Bié]在0～9000r/min○範○圍内交替變速，從第10h開始，主軸[Zhóu]持續以9000r/min高速旋轉。

 

 

　　4)Z向伸縮變形[Xíng]較大，約10m，是由主軸的熱伸[Shēn]長及軸承間隙增大引○起○(Qǐ)的；

　　5)當轉速持續在9000r/min時，溫◆升◆[Shēng]急劇上升，在2.5h▿内▿急▿升▿7℃左右，且有繼續上[Shàng]升的趨勢，Y向和Z向的變形達到了29m和37m，說[Shuō]明該主軸○在○轉[Zhuǎn]速為[Wéi]9000r/min時已[Yǐ]不能穩定運行，但可以短時間内(20min)運行。機床(Chuáng)熱變形的控(Kòng)制由◇以◇上分析讨論(Lùn)，∆機∆[Jī]床的溫升和熱變形對加工精度的影響因素[Sù]多種[Zhǒng]多樣，采取控制措(Cuò)施時，應▽抓▽住主要矛盾，重點采[Cǎi]取一、二(èr)項措施[Shī]，取得事半功倍的效果。在設計中應▾從▾4個方∆向∆[Xiàng]▽入▽手：減少發熱，降(Jiàng)低(Dī)溫升，結構(Gòu)平衡，合理冷卻。