熱變形(xíng)是影響機床加工精度的(de)原因(yīn)之一。機床(chuáng)受到(dào)車間(jiān)環境溫度變(biàn)化、電動(dòng)機發熱和機械(xiè)運動摩擦(cā)發熱(rè)、切削熱(rè)以(yǐ)及冷卻介(jiè)質的(de)影響(xiǎng)，會導緻機床各(gè)部的(de)溫升不均勻(yún)，導緻機床形(xíng)态精度(dù)及加工精度的變(biàn)化。比(bǐ)如，在(zài)一(yī)台普通(tōng)精度的數控銑(xǐ)床上(shàng)加工(gōng)70mm×1650mm的螺(luó)杆，上午7:30-9:00銑(xǐ)削的(de)工件(jiàn)與下午2:00-3:30加(jiā)工的(de)工件相比，累積(jī)誤差(chà)的變(biàn)化可達(dá)85m。而在恒(héng)溫的條件下，誤(wù)差可以減(jiǎn)小到(dào)40m。

　　再比如(rú)，一台用(yòng)于雙端面磨削(xuē)0.6～3.5mm厚的(de)薄鋼片工(gōng)件的精(jīng)密雙(shuāng)端(duān)面磨(mó)床，在(zài)驗收(shōu)時加工200mm×25mm×1.08mm鋼(gāng)片工件能達(dá)到mm的尺(chǐ)寸精度，彎曲度(dù)在全長内小于(yú)5m。但連續自(zì)動磨(mó)削1h後(hòu)，尺(chǐ)寸變化(huà)範圍(wéi)增大(dà)至12m，冷卻液(yè)溫(wēn)度(dù)由開(kāi)機時(shí)的17℃上(shàng)升到(dào)45℃。由于磨削熱的影響，導緻(zhì)主軸軸頸(jǐng)伸長，主軸(zhóu)前軸承(chéng)間(jiān)隙增(zēng)大。據此，為(wéi)該機(jī)床冷卻液箱添加一(yī)台(tái)5.5kw制冷機(jī)，效果十分(fèn)理想(xiǎng)。實踐(jiàn)證明，機床(chuáng)受熱(rè)後的變形(xíng)是影響加工精(jīng)度的(de)重要原因。但機(jī)床是處在(zài)溫度随時随處(chù)變化的環境中；機床本身在工作時必然會消(xiāo)耗能量，這(zhè)些能量(liàng)的相(xiàng)當一部(bù)分會以各種(zhǒng)方式轉化為(wéi)熱，引(yǐn)起機床各構件的物(wù)理變化，這(zhè)種變化又因為(wéi)結構形式(shì)的不(bú)同，材(cái)質的差異等原因(yīn)而千差萬别。機床設計(jì)師應(yīng)掌握熱的(de)形成(chéng)機理(lǐ)和溫(wēn)度分布(bù)規(guī)律，采(cǎi)取相應的措施，使熱變形(xíng)對加(jiā)工精度的影響(xiǎng)縮減(jiǎn)到最低(dī)。

　　我(wǒ)們國(guó)家幅員遼(liáo)闊，大部分地區處于亞熱帶地區，一年四季的(de)溫度(dù)變(biàn)化(huà)較大(dà)，一天内溫差變(biàn)化也不一樣。因此，人(rén)們對室内(nèi)(如(rú)車間)溫度的(de)幹預的方(fāng)式(shì)和(hé)程度也不(bú)同，機(jī)床周圍(wéi)的(de)溫度(dù)氛圍(wéi)千差(chà)萬别(bié)。舉(jǔ)個例子，長三(sān)角地(dì)區季節溫度變化範圍約(yuē)45℃左右，晝夜溫度變化約5～12℃。機加工車(chē)間一般冬天(tiān)無供(gòng)熱，夏(xià)天無(wú)空調(diào)，但(dàn)隻(zhī)要車間通(tōng)風(fēng)較好，機(jī)加工車間(jiān)的溫(wēn)度梯(tī)度變化不(bú)大。而東北地區(qū)，季節溫差可達(dá)60℃，晝夜變(biàn)化約8～15℃。每(měi)年10月(yuè)下旬至次(cì)年4月初為供暖(nuǎn)期，機(jī)加工車間(jiān)的設(shè)計(jì)有(yǒu)供暖，空氣流(liú)通不足(zú)。車間内外溫差可達(dá)50℃。因此車間(jiān)内冬季的(de)溫(wēn)度梯度十分(fèn)複雜(zá)，測量時室(shì)外溫(wēn)度1.5℃，時間為上午(wǔ)8:15-8:35，車間内溫(wēn)度變化約3.5℃。精密機床(chuáng)的加(jiā)工精(jīng)度在(zài)這樣的(de)車間内(nèi)受環境溫度影響(xiǎng)将(jiāng)是很(hěn)大的(de)。

 

　　3)散熱：地基(jī)有較好的散熱(rè)作用(yòng)，尤其是精密機床的地基(jī)切忌靠(kào)近(jìn)地下(xià)供熱管(guǎn)道，一旦破裂洩漏時，可能成為一(yī)個難(nán)以找到原因的熱源(yuán)；敞開的車(chē)間将是一個很好的“散熱(rè)器”，有利于(yú)車(chē)間溫度(dù)均衡。

 

　　4)恒(héng)溫：車間(jiān)采取恒溫設施(shī)對精密機床(chuáng)保(bǎo)持精度(dù)和加工精度是(shì)很有效(xiào)果的(de)，但能(néng)耗較(jiào)大。

 

 

 

　　機床的(de)結構(gòu)形态(tài)對溫升的影響在機床熱變形領域(yù)讨論(lùn)機(jī)床(chuáng)結構(gòu)形(xíng)态(tài)，通常(cháng)指結(jié)構形式、質量分(fèn)布、材料性(xìng)能和熱源(yuán)分(fèn)布等問(wèn)題。結(jié)構形态影(yǐng)響機床的溫度(dù)分布、熱量(liàng)的傳(chuán)導方(fāng)向(xiàng)、熱變形(xíng)方向及(jí)匹配等(děng)。

　　1)機床(chuáng)的結(jié)構形(xíng)态。在(zài)總體(tǐ)結構方面，機床有立(lì)式、卧式、龍(lóng)門式(shì)和懸(xuán)臂式(shì)等，對(duì)于熱(rè)的響應和穩定(dìng)性均(jun1)有較(jiào)大差(chà)異。例如齒(chǐ)輪變速的(de)車床(chuáng)主軸箱(xiāng)的(de)溫升(shēng)可高(gāo)達35℃，使主軸端上(shàng)擡，熱平衡(héng)時間需2h左(zuǒ)右(yòu)。而(ér)斜床身式(shì)精密(mì)車銑(xǐ)加(jiā)工中心(xīn)，機床(chuáng)有一(yī)個穩(wěn)定的底座(zuò)。明顯(xiǎn)提高了整(zhěng)機(jī)剛度，主軸采(cǎi)用伺(sì)服電動機(jī)驅動，去除了齒輪傳(chuán)動部(bù)分(fèn)，其(qí)溫升一般(bān)小(xiǎo)于(yú)15℃。

 

　　2)熱源(yuán)分布的影響。機(jī)床上(shàng)通(tōng)常認為(wéi)熱源是指電動(dòng)機。如(rú)主軸電動(dòng)機、進給電(diàn)動機(jī)和液壓系(xì)統等(děng)，其實是(shì)不完全(quán)的。電(diàn)動機的發(fā)熱(rè)隻(zhī)是在(zài)承擔(dān)負荷(hé)時，電流消(xiāo)耗在電樞阻抗(kàng)上的(de)能(néng)量，另有(yǒu)相當一部(bù)分能量(liàng)消(xiāo)耗于軸承(chéng)、絲杠螺母和導(dǎo)軌等(děng)機構的摩(mó)擦功引起(qǐ)的發(fā)熱。所(suǒ)以(yǐ)可把電(diàn)動機稱為(wéi)一次(cì)熱源，将軸(zhóu)承(chéng)、螺(luó)母、導軌和切屑(xiè)稱之為二次熱(rè)源。熱變形(xíng)則是(shì)所(suǒ)有(yǒu)這些熱源(yuán)綜合(hé)影響(xiǎng)的結(jié)果。一台立(lì)柱移(yí)動式(shì)立式(shì)加工中心(xīn)在y向進給運動中溫升和(hé)變形(xíng)情況。y向進(jìn)給時(shí)工(gōng)作台未(wèi)作運(yùn)動，所以對(duì)x向的(de)熱變形影(yǐng)響很(hěn)小。在立柱(zhù)上，離y軸的(de)導(dǎo)軌絲杠越遠(yuǎn)的點(diǎn)，其溫(wēn)升越(yuè)小。該機在(zài)z軸移動時(shí)的情況則更進(jìn)一步(bù)說明了熱(rè)源分布對(duì)熱變(biàn)形的(de)影(yǐng)響。z軸進(jìn)給離x向更(gèng)遠，故熱變形(xíng)影響更(gèng)小，立柱上(shàng)離(lí)z軸電動機螺(luó)母越(yuè)近，溫升及變形也越大。

 

　　機(jī)床(chuáng)熱(rè)性能(néng)的測(cè)試

 

 

　　1)熱源(yuán)：包括各(gè)部分進(jìn)給(gěi)電動(dòng)機(jī)、主軸電(diàn)動機、滾珠絲(sī)杠傳動(dòng)副、導軌、主軸軸承。

 

　　2)輔(fǔ)助裝置：包(bāo)括液壓系統、制(zhì)冷機(jī)、冷卻(què)和潤(rùn)滑位移檢測(cè)系統。

　　3)機(jī)械結(jié)構：包(bāo)括床身、底座、滑(huá)闆、立(lì)柱和銑頭箱(xiāng)體和(hé)主(zhǔ)軸。在(zài)主軸(zhóu)和回轉工(gōng)作台(tái)之間(jiān)夾持有铟(yīn)鋼(gāng)測(cè)棒，在x、y、z方向配置了5個接(jiē)觸式傳(chuán)感器(qì)，測量(liàng)在各種狀态下的綜合變(biàn)形，以模拟(nǐ)刀具(jù)和工件(jiàn)間(jiān)的相(xiàng)對位移。

 

　　3、測試數(shù)據處理(lǐ)分析(xī)機(jī)床熱(rè)變形(xíng)試驗要在一(yī)個較長(zhǎng)的連續時(shí)間内(nèi)進(jìn)行，進行連續(xù)的數據記錄，經(jīng)過分(fèn)析(xī)處理，所(suǒ)反映(yìng)的熱變形(xíng)特性(xìng)可靠(kào)性很(hěn)高。如果通過多(duō)次試驗進行(háng)誤(wù)差剔除，則所顯(xiǎn)示的規律性是可信的。主(zhǔ)軸系統熱(rè)變形試驗(yàn)中共設置(zhì)了5個測量(liàng)點(diǎn)，其中點1、點2在主軸(zhóu)端部(bù)和靠(kào)近主軸軸(zhóu)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(shí)間共持續(xù)了14h，其(qí)中前10h主軸轉(zhuǎn)速分别在0～9000r/min範(fàn)圍内交(jiāo)替(tì)變速，從第10h開(kāi)始，主軸(zhóu)持續以(yǐ)9000r/min高(gāo)速旋轉。

 

 

　　4)z向(xiàng)伸縮變形(xíng)較大，約10m，是(shì)由(yóu)主軸的(de)熱伸長及軸承間隙(xì)增大引起(qǐ)的；

　　5)當轉速持續(xù)在9000r/min時，溫升急劇(jù)上升，在2.5h内急升7℃左右(yòu)，且(qiě)有繼續上升的趨(qū)勢，y向(xiàng)和z向的變形(xíng)達(dá)到了29m和37m，說(shuō)明該(gāi)主軸在轉速為(wéi)9000r/min時已不能穩定(dìng)運行，但可以短(duǎn)時間(jiān)内(20min)運(yùn)行。機(jī)床熱(rè)變形的控(kòng)制由以(yǐ)上(shàng)分析(xī)讨論，機(jī)床(chuáng)的溫(wēn)升和熱變(biàn)形對(duì)加工(gōng)精度的影(yǐng)響因素多種多(duō)樣，采(cǎi)取控制措(cuò)施時(shí)，應抓住主要矛(máo)盾，重點采(cǎi)取一、二項措施，取得(dé)事半功倍(bèi)的效果(guǒ)。在設計(jì)中應(yīng)從4個方向入手(shǒu)：減少發熱(rè)，降低溫升，結構平衡，合(hé)理冷卻(què)。