机床各部位热变形对加工精度的影响 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

     为了减少数控机床的热变形，在设计时应采取以下的措施。

 　　1．减少发热 机床内部发热是产生热变形的主要热源，应当尽可能地将热源从主机中分离出去。目前，大多数数控机床的电动机、变速箱、液压装置及油箱等都已外置。对于不能与主机分离的热源，如主轴轴承、丝杠螺母副、高速运动导轨副等，则必须改善其摩擦特性和润滑条件，以减少机床内部的发热。 主轴部件是直接影响加工精度的关键部件，而主轴上的轴承通常又是一个很大的内部热源。在数控机床上除了采用精密滚动轴承和对轴承进行油雾润滑外，还可采用静压轴承，这些措施都有利于降低主轴的温升。在精密数控机床的主轴箱内应尽量避免使用摩擦离合器等发热元件。 机床加工时所产生的切屑也是一个不可忽视的热源，产生大量切屑的数控机床必须带有完善的排屑装置，以便将热量尽快带走。也可以在工作台或导轨上装设隔热板，使这部分热量被隔离在机床之外。在使用切削液的数控机床上，切削液冷却了刀具和工件之后，带走了切削热，当它散落在机床的各处时，也会产生局部的温升。精密数控机床应控制切削液的温度，并使切削液迅速地通过最短途径从机床中排出。 润滑油在传动件之间流过，带走摩擦热，使润滑油池的温度逐渐升高，成为一个次生热源。因此，在一些精密数控机床中已把润滑油池移出机床，当然也可以对油池进行温度控制。 液压传动系统及其油池是机床上的又一次生热源。除了尽可能将此油池移出机床之外，油泵的供油量必须选择得适当，否则大量多余的油液流经溢液阀，既浪费了能源又产生很大的热量。所以对于需要经常变化供油量的液压系统，应尽量采用变量泵。 

　　2．控制温升 在采取了一系列减少热源的措施之后，热变形的情况将有所改善，但要完全消除机床的内外热源通常是十分困难的，甚至是不可能的，所以必须通过良好的散热和冷却来控制温升，以减少热源的影响。比较有效的方法是在机床的发热部位进行强制冷却。目前对于多坐标轴的数控机床，由于它在几个方向上都要求很高的精度，因此很难用补偿的方法来减少热变形的影响。对于这类机床，采用制冷系统对润滑液进行强制冷却的方法可以收到良好的效果。但制冷系统的冷却能力必须适当，如果吸热量大于机床内部热源的发热能力，将会使机床的温度低于环境温度，不仅引起收缩，而且湿空气将会冷凝在机床表面上而使机床生锈。 除了采用强制冷却之外，也可以在机床低温部分通过加热的方法，使机床各点的温度趋于一致，这样可以保持温度场的均匀，减少由于温差造成的翘曲变形。某些较大型的数控机床设有加热器，在加工之前通过加热来缩短机床的预热时间，以提高机床的实际生产率。 

　　3．改善机床结构 在同样发热的条件下，机床结构对热变形也有很大影响。目前，根据热对称原则设计的数控机床取得了较好的效果。因此，数控机床过去采用的单立柱结构有可能被双立柱结构所代替。双立柱结构由于左右对称，受热后的主轴轴线除产生垂直方向的平移外，其他方向的变形很小，而垂直方向的轴线移动可以方便地用一个坐标的修正量进行补偿。 对于数控车床的主轴箱，应尽量使主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上。这是因为刀尖沿工件切向的偏移对工件径向尺寸的变化影响极小，几乎可以忽略。在结构上还应当尽可能减小主轴中心与主轴箱底面的距离，以减少热变形的总量；同时应使主轴箱的前后温升一致，避免主轴变形后出现倾斜。

     数控机床中的滚珠丝杠是在预加载荷大、转速高及散热差的条件下运行的，因此丝杠极容易发热。滚珠丝杠的热伸长所造成的后果是严重的，尤其是在开环系统中，它将会使进给系统丧失定位精度。目前，某些机床用预拉的方法来减少丝杠的热变形。该方法是在加工滚珠丝杠时，使螺距略小于名义值，装配时对丝杠进行预拉伸，使其螺距达到名义值。当丝杠工作而受热，丝杠中的拉应力补偿了热应力，既减少了热伸长的影响，又提高了丝杠的刚度。 对于采取了上述措施仍不能消除的热变形，可以根据测量的结果，由数控系统发出补偿脉冲加以修正。

    例如在主轴箱上测量出主轴轴承前端的热位移，然后由数控装置进行补偿。 另外，也可以采用特殊的调节元件来消除热位移。数控六角车床刀架消除热位移的实例。热调整油缸由刀杆和套筒组成，套筒的材料为热膨胀系数很小的铟钢，刀杆和套筒的一端固定连接，另一端可以相对移动。当机床发热使主轴位置偏移时，变速箱中的润滑油也被加热，并流经热调整油缸，使刀杆受热伸长，沿着主轴热变形的相反方向进行自动补偿。图中的虚线和实线分别表示补偿前后的热变形量，由图可见，经过补偿的热变形量显著减小。该设计的本身只是解决了一个具体的热变形问题，但设计者创新的意识值得借鉴。