熱變形如何影響加工精度

　　機床受到車間環境溫度變化、電動機發熱、機械運動摩擦發熱、切削熱以及冷卻介質的影響，會導致機床各部的溫升不均勻，機床形態精度及加工精度發生變化。實踐證明，機床受熱後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境中;機床本身在工作時必然會消耗能量，這些能量的相當一部分會以各種方式轉化為熱，引起機床各構件的物理變化，這種變化又雷射雕刻機因為結構形式的不同，材質的差異等原因而千差萬別。

　　我們國家幅員遼闊，大部分地雷射焊接機區處於亞熱帶地區，一年四季的溫度變化較大，一天內溫差變化也不一樣。因此，人們對室內(如車間)溫度的幹預的方式和程度也不同，機床周圍的溫度氛圍千差萬別，精密機床的加工精度受環境溫度影響將很大。

　　究竟是哪些原因，影響著機床近距離范圍內各種布局形成的熱環境呢?

　　主要包括以下4個方面：

　　一、車間小氣候：如車間內溫度的分布雷射打標機(垂直方向、水平方向)。當晝夜交替或氣候以及通風變化時車間溫度均會產生緩慢變化。

　　二、車間熱源：如太陽照射、供暖設備和大功率照明燈的輻射等，它們離機床雷射切割機較近時可直接長時間影響機床整體或部分部件的溫升。相鄰設備在運行時產生的熱量會以幅射或空氣流動的方式影響機床溫升。

　　三、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”，有利於車間溫度均衡。

　　四、恒溫：車間采取恒溫設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。

　　機床內部熱影響因素：

　　一、機床結構性熱源。電動機發熱如主軸電動機、進給伺服電動機、冷卻潤滑泵電動機、電控箱等均可產生熱量。這些情況對電動機本身來說是允許的，但對於主軸、滾珠絲杠等元器件則有重大不利影響，應采取措施予以隔離。當輸入電能驅動電動機運轉時，除了少部分(約20%左右)轉化為電動機熱能外，大部分將由運動機構轉化為動能，如主軸旋轉、工作台運動等;但不可避免的仍有相當部分在運動過程中轉化為摩擦發熱，例如軸承、導軌、滾珠絲杠和傳動箱等機構發熱。

　　二、工藝過程的切削熱。切削過程中刀具或工件的動能一部分消耗於切削功，相當一部分則轉化切削的變形能和切屑與刀具間的摩擦熱，形成刀具、主軸和工件發熱，並由大量切屑熱傳導給機床的工作台夾具等部件。它們將直接影響刀具和工件間的相對位置。

　　三、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結構件冷卻等。高端機床往往對電控箱配制冷機，予以強迫冷卻。

　　機床的結構形態對溫升的影響在機床熱變形領域討論機床結構形態，通常指結構形式、質量分布、材料性能和熱源分布等問題。結構形態影響機床的溫度分布、熱量的傳導方向、熱變形方向及匹配等。

　　一、機床的結構形態。在總體結構方面，機床有立式、臥式、龍門式和懸臂式等，對於熱的響應和穩定性均有較大差異。例如齒輪變速的車床主軸箱的溫升可高達35℃，使主軸端上抬，熱平衡時間需2h左右。而斜床身式精密車銑加工中心，機床有一個穩定的底座。明顯提高了整機剛度，主軸采用伺服電動機驅動，去除了齒輪傳動部分，其溫升一般小於15℃。

　　二、熱源分布的影響。機床上通常認為熱源是指電動機。如主軸電動機、進給電動機和液壓系統等，其實是不完全的。電動機的發熱只是在承擔負荷時，電流消耗在電樞阻抗上的能量，另有相當一部分能量消耗於軸承、絲杠螺母和導軌等機構的摩擦功引起的發熱。所以可把電動機稱為一次熱源，將軸承、螺母、導軌和切屑稱之為二次熱源。熱變形則是所有這些熱源綜合影響的結果。一台立柱移動式立式加工中心在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，所以對X向的熱變形影響很小。在立柱上，離Y軸的導軌絲杠越遠的點，其溫升越小。該機在Z軸移動時的情況則更進一步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，溫升及變形也越大。

　　三、質量分布的影響。質量分布對機床熱變形的影響有三方面。其一，指質量大小與集中程度，通常指改變熱容量和熱傳遞的速度，改變達到熱平衡的時間。

　　其二，通過改變質量的布置形式，如各種筋板的布置，提高結構的熱剛度，在同樣溫升的情況下，減小熱變形影響或保持相對變形較小;

　　其三，則指通過改變質量布置的形式，如在結構外部布置散熱筋板，以降低機床部件的溫升。

　　材料性能的影響：不同的材料有不同的熱性能參數(比熱、導熱率和線膨脹系數)，在同樣熱量的影響下，其溫升、變形均有不同。