熱變形是影響機(jī)床加工精度的(de)原因(yīn)之一。機床受到車間(jiān)環境溫度變化、電動機發熱和機械運動摩擦發熱、切(qiē)削熱以及冷卻介質的影響，會導緻(zhì)機床各部的溫升(shēng)不均勻，導緻機床形态精度及加工精度的變化(huà)。比(bǐ)如，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(xǐ)削的工件與下午2:00-3:30加工的(de)工件相比(bǐ)，累積(jī)誤差的變化可達85m。而在恒(héng)溫的條件下，誤差可以減小到40m。

　　再比如(rú)，一(yī)台用于雙端面磨削0.6～3.5mm厚的(de)薄鋼片工件的精密雙端面磨床，在驗收時加工200mm×25mm×1.08mm鋼片工件能(néng)達到mm的尺寸精度，彎曲度在全長内小(xiǎo)于(yú)5m。但連續自(zì)動磨(mó)削1h後，尺寸變化(huà)範圍增大至12m，冷卻液溫(wēn)度由開機時的17℃上升到45℃。由于磨削熱的影響，導緻主軸軸頸伸長，主軸前軸承(chéng)間隙增大(dà)。據此，為該機床冷(lěng)卻液箱添加一台5.5kW制冷機，效果十分理想。實踐證明，機床(chuáng)受熱後的變形是影響加工精(jīng)度的重要原因。但機(jī)床是處在溫度随時随處變化的環(huán)境中(zhōng)；機床本身在工作時必然會消耗能(néng)量，這些能量的相當一部分會以各種方式轉化為熱，引起機床各(gè)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(chà)萬别(bié)。機床設計師應掌握(wò)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(jiā)工精度的影響縮減到(dào)最低。

　　我(wǒ)們國家幅員遼闊，大部分地區處于(yú)亞熱帶地區，一年四季的溫度變化較大，一天(tiān)内溫差變化也不一樣。因(yīn)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(huà)約5～12℃。機加工車(chē)間一般冬天(tiān)無供熱，夏天無空調，但隻要車間通風較(jiào)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(chà)可達60℃，晝夜變(biàn)化(huà)約8～15℃。每年10月下旬至次年4月初為(wéi)供暖期，機加工車(chē)間的設計有供暖，空氣流通不足。車間内外溫差可達(dá)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(de)車(chē)間内受環境溫(wēn)度影響将是(shì)很大的。

 

　　3)散(sàn)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(jìn)地下供熱管道，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(chē)間将是一個很好的“散熱器”，有利于車間溫度均衡。

 

　　4)恒溫：車間采取恒溫設施(shī)對精(jīng)密(mì)機床保持精度和加工精度是很(hěn)有效果的，但能耗較(jiào)大。

 

 

 

　　機床的結構形态(tài)對溫升的影響在機(jī)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(fèn)布、材料性能和熱源分布等問題。結構形态影響機床(chuáng)的溫度分布、熱量的傳導(dǎo)方向、熱(rè)變形方向(xiàng)及匹配等。

　　1)機床的結構形态。在總體結構方面，機床有立(lì)式、卧式、龍門式和懸臂式等，對于熱的響應和穩定性均有較大差(chà)異。例(lì)如齒輪變速的(de)車床(chuáng)主軸箱的溫升可高達35℃，使主軸端上擡，熱平衡時間需2h左右。而(ér)斜床身式精密車銑加工中心，機床有一(yī)個(gè)穩定的底座。明顯(xiǎn)提高了整機剛度，主軸采用伺服電動(dòng)機驅動，去除(chú)了齒輪傳動部分，其溫升一般小于15℃。

 

　　2)熱源分(fèn)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(jìn)給電動機和液壓(yā)系(xì)統等(děng)，其實是不完全的。電動(dòng)機的發熱隻是在(zài)承擔負荷時，電流消耗在電樞阻抗上的(de)能量，另有相當一部分能量消耗于(yú)軸承、絲杠螺母和導軌等機構的摩擦功引起的發熱。所(suǒ)以可把電(diàn)動機稱為一次熱源，将(jiāng)軸承、螺母、導軌和(hé)切屑稱(chēng)之為二次熱源。熱變形則是(shì)所有(yǒu)這些熱源綜合影響的結果。一(yī)台立柱移(yí)動式立式加工中心(xīn)在Y向進給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(yǐng)響(xiǎng)很小。在立柱上，離Y軸的導軌(guǐ)絲杠越遠的點，其溫升越小。該機在Z軸移動時(shí)的情況則更進一步(bù)說明了熱源分布對熱變形的影響。Z軸進給離X向更遠，故熱變形影響更小，立柱上離Z軸電動機螺母越近，溫升(shēng)及變形也越大。

 

　　機(jī)床熱性能(néng)的測試

 

 

　　1)熱源：包括各(gè)部分進給電動機(jī)、主軸電動機、滾珠絲杠傳動副、導軌、主軸軸承。

 

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

　　3)機械結構：包括床身(shēn)、底座、滑闆、立柱和銑頭箱體和(hé)主軸。在(zài)主軸和回轉工作台之間夾持有铟鋼測棒，在X、Y、Z方(fāng)向配置了5個(gè)接觸(chù)式傳感器，測量在各(gè)種(zhǒng)狀态(tài)下的綜合變(biàn)形，以模拟刀具和工件間的相對位移。

 

　　3、測試數據(jù)處理分析機床熱變形試驗要在一(yī)個較長的(de)連續時間内進行，進行連續的數據記錄，經(jīng)過分析處理，所反映的熱(rè)變形特性可靠性很高。如果通過多次試驗進行誤差剔除，則所顯(xiǎn)示的規律性是(shì)可信的(de)。主軸系統(tǒng)熱變形試驗(yàn)中共(gòng)設置(zhì)了5個測量點(diǎn)，其中點(diǎn)1、點2在主軸(zhóu)端(duān)部和靠近主軸軸承處，點4、點(diǎn)5分别(bié)在銑頭殼體靠近Z向導軌處。測試時間共持續(xù)了14h，其中前10h主軸轉速分别在0～9000r/min範(fàn)圍内交替變速，從第(dì)10h開(kāi)始，主軸(zhóu)持續以9000r/min高速旋轉。

 

 

　　4)Z向伸縮變形(xíng)較大，約(yuē)10m，是由主軸的熱伸(shēn)長及軸承間隙增(zēng)大引起的；

　　5)當轉速持續在9000r/min時，溫升急劇上升，在2.5h内急升7℃左右，且有繼續(xù)上升的(de)趨勢，Y向和Z向(xiàng)的變形達(dá)到了29m和37m，說明該主軸在轉(zhuǎn)速為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(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多種多樣，采取控制措施(shī)時，應抓住主要矛盾，重點采取一、二項措施，取得事半(bàn)功倍的效果。在(zài)設計中應(yīng)從4個方向入手：減少發熱，降低溫升，結構平衡，合理冷卻。