熱變形是影響機床加(jiā)工精度的(de)原因之一。機床(chuáng)受到車間(jiān)環境溫度變化、電動(dòng)機發熱和機械運動摩擦發熱、切削熱以及冷卻介質的(de)影響(xiǎng)，會導緻機床各部的溫升不均勻，導緻機床(chuáng)形态精度及加工(gōng)精度的變化。比如，在一台普通精度的數控銑床上加工70mm×1650mm的螺(luó)杆，上午7:30-9:00銑削的工件與下午2:00-3:30加工的工件相比(bǐ)，累積(jī)誤差的變化(huà)可達85m。而在恒溫的條件下，誤(wù)差可以減小到40m。

　　再比如，一台用于雙端面磨削(xuē)0.6～3.5mm厚的薄鋼片工件的精密雙端面磨床(chuáng)，在驗收時加工200mm×25mm×1.08mm鋼片工件能達到mm的尺(chǐ)寸精度，彎曲度(dù)在全長内小(xiǎo)于5m。但連續自動磨(mó)削1h後，尺寸變化(huà)範圍增大至(zhì)12m，冷卻液(yè)溫(wēn)度由開(kāi)機時的17℃上升到45℃。由于磨削(xuē)熱的影響，導(dǎo)緻主軸軸頸伸長，主軸前軸承間隙增大。據此，為該機床(chuáng)冷(lěng)卻液(yè)箱添加一台5.5kW制冷機，效果十分(fèn)理想。實踐證明，機床受熱後的變形是影響加工精度的重要原因。但機(jī)床是處在溫度随(suí)時随處變化(huà)的環境中(zhōng)；機床本身在(zài)工作(zuò)時必然會消(xiāo)耗能量，這些能量的相當一部分會(huì)以各種方式轉化為熱，引起機床各構件的物理變化(huà)，這種變化又因為結構形式的不同，材(cái)質(zhì)的差異等原因而千差(chà)萬别(bié)。機床設計師應掌(zhǎng)握熱的(de)形成機理和溫度分布規律，采取相應的措施，使熱變形對加工精度的影響縮減到最低。

　　我們國家幅員遼(liáo)闊，大部分地區處于亞熱帶地區(qū)，一年四季的溫度變化較大，一天内溫差變(biàn)化也不一樣。因此，人們對室内(如車間)溫度的幹預的方式和(hé)程度也不(bú)同，機床周圍的溫度氛圍(wéi)千差萬别。舉個例子，長三(sān)角地區季(jì)節溫度變化範圍約(yuē)45℃左右，晝夜溫度變化約(yuē)5～12℃。機加工車間一般冬天無供熱，夏天無空調，但(dàn)隻要車間通風較好，機加工車間的溫度梯度變化不大。而東北地區，季(jì)節溫差可達60℃，晝夜(yè)變化約8～15℃。每年10月下旬至次年4月初為供暖期，機加工車間(jiān)的設計有(yǒu)供暖，空氣流通不足(zú)。車間(jiān)内外溫差可達50℃。因此車間(jiān)内冬季的溫度梯度十分複雜(zá)，測量時室外溫度1.5℃，時間為上午(wǔ)8:15-8:35，車間内溫度變化約3.5℃。精密機床的加工精度在這樣的車間内(nèi)受環境溫度影響将是很大的。

 

　　3)散熱：地基有較好的散熱(rè)作用，尤其是精密機床的(de)地基切忌靠近地(dì)下供熱管道，一旦(dàn)破裂洩漏時，可能成為一個難以找到原因的熱源；敞開的車間将是一個很好的“散(sàn)熱器”，有利于車間溫度均衡。

 

　　4)恒(héng)溫：車間(jiān)采取恒溫設施對精密機床保持精度和(hé)加工精度是很有效(xiào)果的，但能耗較(jiào)大。

 

 

 

　　機床的(de)結構形态對溫升的影響在機床熱變形領域讨論機床結構形态，通(tōng)常指結構形式、質量分布、材料性能和熱源分布等問題。結構形态影響機床的溫度分布、熱量的傳導方向、熱變形(xíng)方向(xiàng)及匹配等。

　　1)機床的結構形(xíng)态。在總體結構方面，機床有立式、卧式(shì)、龍門式和懸臂式等，對(duì)于(yú)熱的響應和穩定性均有較大差異。例如齒輪變速的車床主軸箱的溫升可高(gāo)達35℃，使主軸(zhóu)端上擡，熱平衡時(shí)間需2h左右。而斜床身式精密車銑(xǐ)加工中心，機床(chuáng)有一個穩定的底座。明顯(xiǎn)提高了整機剛度，主軸采用伺服電動機驅動(dòng)，去除(chú)了齒輪傳動部分，其溫升一般小于15℃。

 

　　2)熱源分布的影響(xiǎng)。機床上通常認為(wéi)熱源(yuán)是指電動機。如主軸電動機、進給電動機和液壓系(xì)統等，其實是不完全的。電動(dòng)機的發熱隻是在(zài)承擔(dān)負荷時，電流消耗在電樞阻抗上的能量，另有(yǒu)相當一部分能量消耗于軸承、絲杠螺母和(hé)導(dǎo)軌等機構(gòu)的摩(mó)擦功引起的發熱。所以可把電動機稱為一次熱源，将(jiāng)軸承、螺母、導(dǎo)軌和切屑(xiè)稱之為二次熱(rè)源。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(lì)式加工中心在Y向進給(gěi)運動中溫升和變形情況。Y向進(jìn)給時工作台未作運動，所以對X向的熱變形影響很小。在立柱上(shàng)，離Y軸的導軌絲杠越遠的點(diǎn)，其溫升越小。該機在Z軸移動時的情況則更進一步說明了熱源分布對熱變形的影響。Z軸進給離X向更遠，故熱變形影響更(gèng)小(xiǎo)，立柱上離Z軸電動機螺母越近，溫升及變形也越(yuè)大。

 

　　機床熱性能(néng)的測(cè)試

 

 

　　1)熱源：包括各部分進給電動機、主軸電動機(jī)、滾珠(zhū)絲(sī)杠傳動副、導軌、主(zhǔ)軸軸承。

 

　　2)輔助裝置：包括液壓系統(tǒng)、制冷機、冷卻和潤(rùn)滑位(wèi)移檢測系統。

　　3)機(jī)械結(jié)構：包括床(chuáng)身、底座、滑闆、立柱和銑頭箱體和主軸。在主軸和回轉(zhuǎn)工作台之間夾持有铟鋼測棒，在X、Y、Z方向配置了5個接觸式傳感器，測量在各種狀态下的綜合變形，以模拟(nǐ)刀具和工件間的相對位移。

 

　　3、測試數(shù)據處理分析機床熱變形試驗要在一個較長的連續時(shí)間内進行，進行連(lián)續的數據記錄，經(jīng)過分析處理，所(suǒ)反映的熱變形特性可靠性很高。如果(guǒ)通過多次試驗(yàn)進行誤差剔除，則所顯示的規律性是(shì)可信的(de)。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(kào)近主軸軸承處，點(diǎn)4、點(diǎn)5分别在銑頭殼體靠(kào)近Z向導(dǎo)軌處。測試時間共持續了14h，其中前10h主軸轉速分别在0～9000r/min範圍内交替變速，從第10h開(kāi)始，主軸持續以9000r/min高速旋轉。

 

 

　　4)Z向伸縮變形較大(dà)，約10m，是(shì)由主軸的熱伸(shēn)長(zhǎng)及軸承間隙增大引起的；

　　5)當(dāng)轉速(sù)持續在9000r/min時，溫升急劇上升，在2.5h内急升7℃左右，且有繼續上升的趨勢，Y向和Z向(xiàng)的變形達到了29m和(hé)37m，說明該主軸在轉速為(wéi)9000r/min時已不能穩定運行，但可以短(duǎn)時間内(20min)運行。機床熱變形的控制由以上分析讨(tǎo)論，機床的溫升和熱變形對(duì)加工精度的(de)影響因素多(duō)種(zhǒng)多樣，采取控制措施時，應抓住主要矛盾，重點采(cǎi)取一、二項措施，取得事半(bàn)功倍的效果。在設計中應從4個方向入手：減少發熱，降低溫升，結構平衡，合理冷卻。