熱變形是影響機床加工精度的原因之一。機床受到(dào)車間環境溫度變化、電動機發熱和機械運(yùn)動摩擦發熱、切削熱以及冷卻介(jiè)質的(de)影響，會導緻機床各部的(de)溫升(shēng)不均勻，導緻機床形态精度及(jí)加工精度的變(biàn)化。比如，在一台普通精度(dù)的數控銑床上加工70mm×1650mm的螺杆(gǎn)，上(shàng)午7:30-9:00銑削的工件(jiàn)與下午2:00-3:30加工的工件相比，累積誤差的變化可達85m。而在恒溫的條件下，誤差可以減小(xiǎo)到40m。

　　再比如(rú)，一台用于雙端面磨削0.6～3.5mm厚的薄鋼(gāng)片工件(jiàn)的(de)精密雙端面磨床，在驗收時加工200mm×25mm×1.08mm鋼片工(gōng)件(jiàn)能達到mm的尺寸精(jīng)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，冷卻液溫度(dù)由開機時的17℃上升到(dào)45℃。由于磨削(xuē)熱的(de)影響(xiǎng)，導緻主軸軸頸伸長(zhǎng)，主軸前軸承間(jiān)隙增大。據此，為該(gāi)機(jī)床冷(lěng)卻液(yè)箱添加(jiā)一台5.5kW制冷機，效果十分理想。實踐證明(míng)，機床受熱後的(de)變形是(shì)影響加工精度的重要(yào)原因(yīn)。但機床是處在溫度随時随處變化的環境中；機床本身在工作時必然(rán)會消耗能量，這些(xiē)能量的(de)相當一部分會以各種方式轉(zhuǎn)化(huà)為熱，引起機(jī)床各構件(jiàn)的(de)物理(lǐ)變(biàn)化，這種變化又(yòu)因為結構形式(shì)的(de)不同，材質的差異等原因而千差萬别。機床設計師應掌握(wò)熱的形成機理和溫度分(fèn)布規(guī)律，采取相應的措施(shī)，使熱變形對加工精(jīng)度(dù)的(de)影響縮減到最(zuì)低。

　　我們國(guó)家幅(fú)員遼闊，大部(bù)分地區處于亞熱帶地區，一年四季(jì)的溫度變化較大，一(yī)天内溫差變化也不一樣。因此，人們對室内(如車間)溫度的幹預(yù)的方式和程度也不同(tóng)，機床(chuáng)周圍的(de)溫度氛圍千差萬别(bié)。舉(jǔ)個例子，長三角地區季節溫度變化範(fàn)圍約45℃左右，晝夜溫度(dù)變化約5～12℃。機加工車間一般冬天(tiān)無供熱，夏天無空(kōng)調，但隻要車間通風較(jiào)好，機加工車間的溫度梯度變(biàn)化不大。而東北地(dì)區，季節溫差可達(dá)60℃，晝夜變化(huà)約8～15℃。每年10月下旬(xún)至次年4月初為供暖期，機加工車間的設計有供暖(nuǎn)，空氣流通不足。車(chē)間内外溫差可達50℃。因此車間内冬季的溫度梯(tī)度十分(fèn)複雜，測量時室外溫度1.5℃，時間為上午8:15-8:35，車(chē)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受環境溫度影響将是(shì)很大的。

 

　　3)散熱：地基有較好的(de)散熱作用，尤其是精密機(jī)床的地基切忌(jì)靠(kào)近(jìn)地下供熱管道(dào)，一旦破裂洩漏時，可能成為一(yī)個難以找到原因的熱源；敞開(kāi)的車間将(jiāng)是一個很好的“散(sàn)熱(rè)器”，有利于車間溫度均衡。

 

　　4)恒溫：車間采取恒溫設施對精密(mì)機床保持(chí)精度和加工精度(dù)是很(hěn)有效果的，但能(néng)耗較大。

 

 

 

　　機床的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，通常指結(jié)構形式、質(zhì)量分布、材料性能和熱源(yuán)分布等問題。結構形(xíng)态影響機床的(de)溫度分布、熱量的傳導方向、熱變形方向及匹配等。

　　1)機(jī)床的結(jié)構(gòu)形态。在(zài)總體結構(gòu)方面，機床有立式、卧(wò)式、龍門式和懸臂式(shì)等，對于熱的響應和穩定性均有較(jiào)大差異。例如齒輪變(biàn)速的車床主(zhǔ)軸箱的溫升可高達35℃，使主軸端上(shàng)擡，熱平衡時間需2h左右。而斜床身式精密車(chē)銑加工中心，機床有一個穩定的底座。明顯提高了整機剛度(dù)，主軸采用(yòng)伺服電動機驅動(dòng)，去除了齒(chǐ)輪傳動部分，其溫升一般小于(yú)15℃。

 

　　2)熱源分布(bù)的(de)影響。機床上通常(cháng)認為熱源是指電動機。如主軸電動機、進給電動機和液(yè)壓系(xì)統等，其實是不完全的。電動機的發熱隻是在承擔負荷時，電(diàn)流消耗在電樞阻抗上的能量，另有相(xiàng)當一部分能量消耗于軸承、絲杠螺母和導軌等機構的摩擦功引起的(de)發熱。所以可(kě)把電動機稱為(wéi)一次熱源，将軸承、螺母、導(dǎo)軌和切屑稱之為二次熱源。熱變形則是所有這些熱源綜合影響的結(jié)果(guǒ)。一台立柱移動式立式加工(gōng)中心(xīn)在Y向進給運動(dòng)中溫升和變形情況(kuàng)。Y向進給時工作台未作(zuò)運動，所(suǒ)以對X向的(de)熱變形影響很小。在立柱上，離Y軸的導軌絲杠越遠的點(diǎn)，其溫升越(yuè)小。該機在Z軸移(yí)動時的情況則更進(jìn)一步說明(míng)了熱源(yuán)分(fèn)布對熱變形的影響。Z軸進給離X向更遠，故熱變形影響更小，立柱上離(lí)Z軸電動機螺(luó)母越(yuè)近，溫升及變形也越大。

 

　　機床(chuáng)熱性能(néng)的測試

 

 

　　1)熱源：包括各部分進給電動(dòng)機、主軸電動機、滾珠絲杠(gàng)傳動副(fù)、導軌、主軸軸承。

 

　　2)輔助裝(zhuāng)置：包括液壓系統、制冷機、冷卻和潤滑位移檢測系統。

　　3)機(jī)械結構：包括床身、底座、滑闆(pǎn)、立柱和銑頭箱體(tǐ)和主軸。在主軸和回(huí)轉工作台之間夾持有铟鋼測棒，在(zài)X、Y、Z方向配置了5個接觸式傳感器，測量在各種(zhǒng)狀态下的綜(zōng)合變形，以模拟刀具(jù)和工件間的相對位移。

 

　　3、測試數據處理分析機(jī)床熱變形試驗要在一個(gè)較長的連續時間内進行，進(jìn)行(háng)連續的數據記(jì)錄，經過分(fèn)析處理，所反映的熱變形特性可靠(kào)性很高。如果通過多次試驗進行誤差剔除，則(zé)所顯示的規律(lǜ)性是可(kě)信的。主軸系統熱變形(xíng)試驗(yàn)中共(gòng)設置了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分别在銑頭殼(ké)體靠近Z向導軌處。測(cè)試時間共持續(xù)了14h，其中前10h主軸轉速分别在0～9000r/min範圍内交替變速(sù)，從第10h開始(shǐ)，主軸持續以9000r/min高速旋轉。

 

 

　　4)Z向伸縮變形較大(dà)，約10m，是由主(zhǔ)軸的熱伸長及軸承間隙增大(dà)引起的；

　　5)當轉速(sù)持續在9000r/min時，溫升(shēng)急劇上升，在2.5h内急升7℃左右，且有繼續上升的趨勢，Y向和Z向的(de)變形達到了(le)29m和37m，說明該主軸在轉速為9000r/min時已不能穩定(dìng)運行，但可(kě)以短時間内(20min)運行。機床熱變形的控(kòng)制由以上分析讨論，機床的溫升和(hé)熱變形對加工精度的影響因素(sù)多種多(duō)樣，采取控(kòng)制措施時，應抓住主要矛盾，重點采取(qǔ)一、二項措施，取得事半功倍的效(xiào)果。在設計(jì)中應從4個方向入手：減(jiǎn)少(shǎo)發(fā)熱，降低溫升(shēng)，結構平衡，合理冷卻。