熱變形是影響機床(Chuang)加(Jia)工精度的[De]原因之(Zhi)一。機床[Chuang]受到車間[Jian]環境(Jing)溫度變化、電動機發熱和機械(Xie)運動摩擦發熱、切削熱以及冷卻介質的(De)影響[Xiang]，會導緻機床各[Ge]部的溫升[Sheng]不均勻，導緻機床形(Xing)态精度及加[Jia]工(Gong)精度的變化。比如(Ru)，在一台普通精度的數[Shu]控銑[Xi]床上加工70mm×1650mm的螺(Luo)杆，上午7:30-9:00銑削(Xue)的工件與下午2:00-3:30加工的工件相比，累積誤差的變(Bian)化[Hua]可達85m。而在恒(Heng)溫的(De)條件下(Xia)，誤差可以減[Jian]小到40m。

　　再比如，一台用于雙端面磨[Mo]削(Xue)0.6～3.5mm厚的薄鋼片工[Gong]件的精密雙端面磨床，在驗收時加工200mm×25mm×1.08mm鋼片工[Gong]件能[Neng]達到mm的尺寸精度，彎[Wan]曲度在全長内小于5m。但連續自動磨[Mo]削1h後，尺寸變化範圍增大至12m，冷卻液[Ye]溫度由開機時的17℃上升到45℃。由于磨削熱的影響，導[Dao]緻主軸軸頸(Jing)伸長，主軸[Zhou]前軸承間隙增大。據[Ju]此，為該機床冷卻液箱添[Tian]加一台5.5kW制冷機(Ji)，效果十分(Fen)理想。實踐(Jian)證明，機床[Chuang]受熱後的變形是影響加(Jia)工精(Jing)度[Du]的重要原因。但機床是處在溫度随(Sui)時(Shi)随處變化的環境中；機床本身[Shen]在工[Gong]作時必(Bi)然會消耗能量，這些能量的相當一部(Bu)分會以各種方式轉(Zhuan)化為熱，引起機床各構件[Jian]的物(Wu)理變化，這種變化又因為[Wei]結構(Gou)形式的不[Bu]同(Tong)，材質的[De]差異[Yi]等原因而千差萬别。機床設計[Ji]師應掌握熱的形成機理和(He)溫度分布規[Gui]律，采[Cai]取相應[Ying]的措施，使熱(Re)變形對加[Jia]工精度的影響縮減到最低。

　　我們國家幅員遼(Liao)闊，大部分地區處于亞熱帶地[Di]區，一年四季的[De]溫[Wen]度變化較大[Da]，一天内溫差變[Bian]化也不一樣。因[Yin]此，人們對室内(如[Ru]車間)溫度(Du)的(De)幹預(Yu)的方式和程度也不同，機床(Chuang)周圍的溫度[Du]氛圍[Wei]千差萬别(Bie)。舉個[Ge]例子，長三(San)角地區季(Ji)節溫度變化範圍約(Yue)45℃左右，晝夜溫度[Du]變化[Hua]約5～12℃。機加工車(Che)間一般冬天(Tian)無供熱，夏天無空調，但[Dan]隻要車間通風較好，機加工車間的(De)溫度[Du]梯度變化不(Bu)大。而東北地區，季節溫差可達60℃，晝夜變(Bian)化約8～15℃。每年10月下旬至次(Ci)年4月初為供暖(Nuan)期，機加工車間的設計有供暖，空氣流通不足(Zu)。車間内外溫差可達50℃。因此車間内冬季(Ji)的溫度[Du]梯度十分(Fen)複雜，測量時[Shi]室外溫度1.5℃，時(Shi)間為上午8:15-8:35，車[Che]間内溫度變[Bian]化[Hua]約3.5℃。精密機[Ji]床(Chuang)的加工精度在這樣的車間内(Nei)受環境溫度影響(Xiang)将是很大的(De)。

 

　　3)散熱：地基有較好的散熱作用，尤其是精密機[Ji]床的地基[Ji]切忌靠近[Jin]地下[Xia]供熱管道，一(Yi)旦[Dan]破裂洩漏時，可能成為一個難[Nan]以找到原因的熱源；敞[Chang]開的車(Che)間将是一個很好的“散熱器”，有[You]利于車間(Jian)溫度均衡。

 

　　4)恒溫：車間采取恒溫設施(Shi)對精[Jing]密機床[Chuang]保持精度和加工精度是很有效[Xiao]果的(De)，但能耗較大[Da]。

 

 

 

　　機床的[De]結構形态對溫[Wen]升的影響在機(Ji)床熱變[Bian]形領域讨論(Lun)機床結構形(Xing)态，通常指結構形式、質量分布、材料性(Xing)能和熱源分(Fen)布等問(Wen)題。結(Jie)構形态影[Ying]響機床的溫度[Du]分布、熱量的傳導方向、熱變形(Xing)方向及匹[Pi]配等。

　　1)機床的結構形态。在總體結構(Gou)方面，機床有[You]立式、卧式、龍[Long]門式和懸臂式等，對[Dui]于[Yu]熱的響應和穩[Wen]定(Ding)性均有較(Jiao)大差異。例如齒輪變速的車床(Chuang)主軸箱[Xiang]的溫升(Sheng)可高[Gao]達35℃，使主軸(Zhou)端上擡，熱平衡時間需2h左右[You]。而斜床身式精密車銑(Xi)加工中心[Xin]，機床有一(Yi)個穩定的底座。明顯提高了整機(Ji)剛(Gang)度，主[Zhu]軸采用伺服電動[Dong]機驅動，去除[Chu]了齒輪傳[Chuan]動[Dong]部分，其溫升一般小于(Yu)15℃。

 

　　2)熱(Re)源分布的影響。機(Ji)床上通[Tong]常認為(Wei)熱源[Yuan]是指電動機。如主軸電動機、進給電動[Dong]機和液壓系[Xi]統等，其實是不完全的。電(Dian)動機的發熱隻是在承擔負荷時，電流消耗在電樞阻抗上的能(Neng)量，另有相當一部分能量消耗于軸承[Cheng]、絲杠螺母和(He)導軌等機構的摩擦功引(Yin)起的發熱。所以可把電動機稱為一次熱源，将軸承、螺母、導軌和(He)切屑稱之為二次[Ci]熱[Re]源。熱變形則是所有這些熱源[Yuan]綜合影響的結果。一台立柱移動式立式加工中心[Xin]在Y向進給運動中溫升和變形情況。Y向進給時工作台未作運動(Dong)，所以對X向的[De]熱變形影響很小。在立柱上，離Y軸的導[Dao]軌(Gui)絲杠越遠的點，其溫升越小。該機在Z軸移動時[Shi]的情況則更進(Jin)一步(Bu)說明了熱[Re]源分布對熱變形的影響(Xiang)。Z軸進(Jin)給離X向更遠[Yuan]，故熱[Re]變[Bian]形影響更[Geng]小，立柱上[Shang]離[Li]Z軸(Zhou)電動機螺母越[Yue]近，溫升及變形也越大。

 

　　機(Ji)床熱性能的測試[Shi]

 

 

　　1)熱源：包括各部分(Fen)進給電動(Dong)機[Ji]、主軸電[Dian]動機、滾珠絲杠傳動副、導軌、主軸軸承。

 

　　2)輔助裝[Zhuang]置：包括液壓系統、制冷機、冷卻和潤[Run]滑位移檢測系統。

　　3)機械結[Jie]構：包括床身、底座、滑闆、立柱和銑頭(Tou)箱[Xiang]體和主軸。在(Zai)主軸(Zhou)和回轉[Zhuan]工作台之間夾持有铟鋼測棒，在(Zai)X、Y、Z方向配置了5個接觸式傳感器[Qi]，測量在[Zai]各種狀态下的綜合變形，以模拟刀具和工件間的相[Xiang]對[Dui]位移。

 

　　3、測試數(Shu)據處理分析機[Ji]床熱變形(Xing)試驗要在一個較長(Zhang)的連[Lian]續時間内進行，進行連續(Xu)的數據記錄，經[Jing]過分析處理，所反映的熱變形特性可靠性很(Hen)高。如果(Guo)通過多(Duo)次試驗進行誤差剔除，則所顯示的規律性是[Shi]可信的。主軸系統(Tong)熱變形試驗中共設置(Zhi)了5個測量點[Dian]，其中點(Dian)1、點2在主(Zhu)軸端部和靠近主軸[Zhou]軸(Zhou)承處，點4、點(Dian)5分别(Bie)在銑頭殼體靠近[Jin]Z向導軌(Gui)處。測試時(Shi)間共持續了14h，其[Qi]中前[Qian]10h主軸轉(Zhuan)速分别(Bie)在0～9000r/min範[Fan]圍内交替變速，從第10h開始，主軸[Zhou]持續以9000r/min高[Gao]速旋轉[Zhuan]。

 

 

　　4)Z向[Xiang]伸縮變形較大，約10m，是由主軸的熱伸長及軸承間隙增大引起的；

　　5)當轉速持續在9000r/min時(Shi)，溫升急劇上升，在2.5h内[Nei]急升7℃左右(You)，且有繼續(Xu)上[Shang]升的趨勢，Y向和Z向(Xiang)的變形達到了29m和37m，說(Shuo)明該主軸在轉速為[Wei]9000r/min時已不能穩定運(Yun)行，但可以短(Duan)時間内(20min)運[Yun]行。機床熱變形的控制由(You)以(Yi)上分析讨論，機床的溫[Wen]升(Sheng)和熱變形對(Dui)加工精度的(De)影[Ying]響因素多種多樣，采取(Qu)控制措施時，應抓住主要矛(Mao)盾，重點采[Cai]取一、二項措施(Shi)，取得事半功倍(Bei)的效果。在設計(Ji)中應從4個方向[Xiang]入[Ru]手：減少發熱，降[Jiang]低溫升，結[Jie]構平衡，合理冷卻。