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熱變形是影響加工精度的原因之一
 
       機床受到車間環(huán)境溫度的變化、電動機發(fā)熱和機械運動摩擦發(fā)熱、切削熱以及冷卻介質(zhì)的影響，造成機床各部的溫升不均勻，導(dǎo)致機床形態(tài)精度及加工精度的變化。
　    例如，在一臺普通精度的數(shù)控銑床上加工70mm×1650mm的螺桿，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，累積誤差的變化可達(dá)85m。而在恒溫條件下，則誤差可減小至40m
       再如，一臺用于雙端面磨削0.6～3.5mm厚的薄鋼片工件的精密雙端面磨床，在驗收時加工200mm×25mm×1.08mm鋼片工件能達(dá)到mm的尺寸精度，彎曲度在全長內(nèi)小于5m。但連續(xù)自動磨削1h后，尺寸變化范圍增大到12m，冷卻液溫度由開機時的17℃上升到45℃。由于磨削熱的影響，導(dǎo)致主軸軸頸伸長，主軸前軸承間隙增大。據(jù)此，為該機床冷卻液箱添加一臺5.5kW制冷機，效果十分理想。
       實踐證明，機床受熱后的變形是影響加工精度的重要原因。但機床是處在溫度隨時隨處變化的環(huán)境中；機床本身在工作時必然會消耗能量，這些能量的相當(dāng)一部分會以各種方式轉(zhuǎn)化為熱，引起機床各構(gòu)件的物理變化，這種變化又因為結(jié)構(gòu)形式的不同，材質(zhì)的差異等原因而千差萬別。機床設(shè)計師應(yīng)掌握熱的形成機理和溫度分布規(guī)律，采取相應(yīng)的措施，使熱變形對加工精度的影響減少到zui小。
 
機床的溫升及溫度分布 
 
1.自然氣候影響
 
      我國幅員遼闊，大部分地區(qū)處于亞熱帶地區(qū)，一年四季的溫度變化較大，一天內(nèi)溫差變化也不一樣。由此，人們對室內(nèi)（如車間）溫度的干預(yù)的方式和程度也不同，機床周圍的溫度氛圍千差萬別。
     例如，長三角地區(qū)季節(jié)溫度變化范圍約45℃左右，晝夜溫度變化約5～12℃。機加工車間一般冬天無供熱，夏天無空調(diào)，但只要車間通風(fēng)較好，機加工車間的溫度梯度變化不大。而東北地區(qū)，季節(jié)溫差可達(dá)60℃，晝夜變化約8～15℃。每年10月下旬至次年4月初為供暖期，機加工車間的設(shè)計有供暖，空氣流通不足。車間內(nèi)外溫差可達(dá)50℃。
    因此車間內(nèi)冬季的溫度梯度十分復(fù)雜，測量時室外溫度1.5℃，時間為上午8:15-8:35，車間內(nèi)溫度變化約3.5℃。精密機床的加工精度在這樣的車間內(nèi)受環(huán)境溫度影響將是很大的。
    科德數(shù)控股份有限公司位于有“東北之窗”“ 北方明珠 ”“浪漫之都”之稱的大連，大連地區(qū)位于我國東北部，地處北溫帶，是東北區(qū)zui溫暖的地方，屬季風(fēng)性大陸性氣候，但具有海洋性特點，氣候特征為：四季分明、氣候溫和；冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑。

 
2.周圍環(huán)境的影響
 
（1）車間小氣候：如車間內(nèi)溫度的分布（垂直方向、水平方向）。當(dāng)晝夜交替或氣候以及通風(fēng)變化時車間溫度均會產(chǎn)生緩慢變化。
（2）車間熱源：如太陽照射、供暖設(shè)備和大功率照明燈的輻射等，它們離機床較近時可直接長時間影響機床整體或部分部件的溫升。相鄰設(shè)備在運行時產(chǎn)生的熱量會以幅射或空氣流動的方式影響機床溫升。
（3）散熱：地基有較好的散熱作用，尤其是精密機床的地基切忌靠近地下供熱管道，一旦破裂泄漏時，可能成為一個難以找到原因的熱源；敞開的車間將是一個很好的“散熱器”，有利于車間溫度均衡。
（4）恒溫：車間采取恒溫設(shè)施對精密機床保持精度和加工精度是很有效果的，但能耗較大。
 
科德數(shù)控股份有限公司亞洲zui大的地下恒溫恒濕工廠保證機床的精度，減少熱變形


 

 
 
3.機床內(nèi)部熱影響因素 
 
（1）機床結(jié)構(gòu)性熱源。電動機發(fā)熱如主軸電動機、進(jìn)給伺服電動機、冷卻潤滑泵電動機、電控箱等均可產(chǎn)生熱量。這些情況對電動機本身來說是允許的，但對于主軸、滾珠絲杠等元器件則有重大不利影響，應(yīng)采取措施予以隔離。當(dāng)輸入電能驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)時，除了有少部分（約20%左右）轉(zhuǎn)化為電動機熱能外，大部分將由運動機構(gòu)轉(zhuǎn)化為動能，如主軸旋轉(zhuǎn)、工作臺運動等；但不可避免的仍有相當(dāng)部分在運動過程中轉(zhuǎn)化為摩擦發(fā)熱，例如軸承、導(dǎo)軌、滾珠絲杠和傳動箱等機構(gòu)發(fā)熱。
（2）工藝過程的切削熱。切削過程中*或工件的動能一部分消耗于切削功，相當(dāng)一部分則轉(zhuǎn)化切削的變形能和切屑與*間的摩擦熱，形成*、主軸和工件發(fā)熱，并由大量切屑熱傳導(dǎo)給機床的工作臺夾具等部件。它們將直接影響*和工件間的相對位置。
（3）冷卻。冷卻是針對機床溫度升高的反向措施，如電動機冷卻、主軸部件冷卻以及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件冷卻等。機床往往對電控箱配制冷機，予以強迫冷卻。
減少主軸熱變形的措施有以下四個方面：
1.減少熱源，重點放在主軸軸承的轉(zhuǎn)速、間隙調(diào)整及合理的預(yù)緊。對于推力軸承和圓錐滾子軸承，因其工作條件差發(fā)熱較大，必要時可以改用推力角接觸球軸承代替，以盡量減少某些零部件的摩擦發(fā)熱。
2.隔熱，使熱源遠(yuǎn)離主軸，如將電動機、變速器隔離、采用分離傳動等。
3.散熱，加強潤滑冷卻、采用油冷、風(fēng)冷等方式、加快熱量散發(fā)。
4.減少熱變形的影響，無論采用何種方式，只能減少熱變形而很難*消除熱變形，因此還應(yīng)該采取措施，以減少熱變形的影響。




 
展望與愿景 
     控制機床熱變形是現(xiàn)代精密加工領(lǐng)域的一個重要課題，影響機床熱變形的因素又是非常復(fù)雜的。再者，現(xiàn)代切削加工中的高速、、精密三者并舉，則令機床的熱變形問題更顯突出。引起了機床制造界的廣泛重視。國內(nèi)外機床界學(xué)者為此作了大量的研究，在理論上取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展。機床熱變形問題已成為機床研究中的基本理論之一。
由此，我們認(rèn)為機床熱性能的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)從以下方面著手： 
（1）現(xiàn)代機床的設(shè)計階段，就應(yīng)重視所設(shè)計機床未來應(yīng)用的環(huán)境條件。 
（2）控制和配置熱源是關(guān)鍵。控制熱源主要是指控制能耗與動力源的匹配，采用新型結(jié)構(gòu)，減少二次摩擦熱源，提高能源的利用率。　
（3）改變傳統(tǒng)思維，把冷卻、散熱、潤滑、排屑等裝置從機床的“輔助”部件地位，提升到“重要”部件地位，不能輕視。
（4）重視結(jié)構(gòu)的對稱性和熱變形的方向的設(shè)計，讓熱變形對精度的影響減少到zui小，尤其要重視對結(jié)構(gòu)件熱變形數(shù)學(xué)模型的研究和應(yīng)用，以便為熱變形控制設(shè)計提供定性定量的指示。