改善數(shù)控機(jī)床熱變形的對(duì)策

　　根據(jù)目前機(jī)床熱變形研究成果，減小機(jī)床熱誤差有兩種基本方法：誤差預(yù)防法和誤差補(bǔ)償法件。誤差預(yù)防是通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝降低溫升；誤差補(bǔ)償是通過建立機(jī)床熱誤差數(shù)學(xué)模型進(jìn)行誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。
　　誤差預(yù)防法通過改進(jìn)設(shè)計(jì)和制造途徑或減少可能的熱誤差源，提高機(jī)床的制作精度，或者控制溫度來滿足加工精度要求。它有很大的局限性，即使可能，經(jīng)濟(jì)上的代價(jià)往往是很昂貴的。
　　1、溫度控制
　　控制溫度主要是控制數(shù)控機(jī)床床身上關(guān)鍵部件的溫度，從而達(dá)到控制其熱變形的大小。主要方法是在機(jī)床構(gòu)件的   位置布置加熱元件或冷卻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床整體的溫度場(chǎng)的均衡，減少熱變形。具體措施包括：控制切削用量來減少切削熱；采用氣浮、液壓主軸和導(dǎo)軌減少摩擦熱；采用隔熱層使機(jī)床發(fā)熱部件產(chǎn)生的熱量排出；采用油冷機(jī)對(duì)主軸進(jìn)行強(qiáng)制冷卻；采用陶瓷、磁力軸承等新型材料，從而降低發(fā)熱量。
　　2、合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
　　這種方法是在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，合理地選擇產(chǎn)生熱變形部件材料的熱膨脹系數(shù)、控制熱變形和熱誤差的方向，從而防止重要部件的熱變形對(duì)機(jī)床的加工誤差產(chǎn)生影響。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)熱對(duì)稱設(shè)計(jì)是機(jī)床熱變形對(duì)加工精度不良影響   的方法之一，這種“熱對(duì)稱面”設(shè)計(jì)理論是由日本的吉田嘉太郎提出的，即把影響加工精度   大的零件配置在熱對(duì)稱面上，就能熱變形所引起的加工精度不良的狀況。如加工中心立柱垂直導(dǎo)軌上的主軸箱部件采用夾箱式結(jié)構(gòu)，就是一個(gè)熱對(duì)稱的典型設(shè)計(jì)，可以避免一般單立柱機(jī)床經(jīng)常出現(xiàn)的主軸熱傾斜現(xiàn)象，以提高加工精度和熱穩(wěn)定性。熱容量平衡設(shè)計(jì)也是熱變形的方法之一，它是根據(jù)機(jī)床各部件的熱容量不同，對(duì)局部容量大的部件采取   的措施來控制和減少其溫升，使它與熱容量小的部位不致產(chǎn)生較大的溫差，盡量達(dá)到它們之間的熱平衡，從而使機(jī)床整體的熱變形減少。
　　近年來還提出了一些機(jī)床結(jié)構(gòu)，控制熱變形的新方法。如浙江大學(xué)的應(yīng)濟(jì)等人根據(jù)相變材料的特性，提出將相變材料注入到機(jī)床基礎(chǔ)件中，可在   范圍內(nèi)基礎(chǔ)件的熱變形。吉林省機(jī)電研究設(shè)計(jì)院的研究人員利用自準(zhǔn)直原理設(shè)計(jì)新型導(dǎo)軌磨床，這種方法可基本由于環(huán)境溫度變化引起的基礎(chǔ)件的熱變形。吉林大學(xué)的閏占輝等研究環(huán)境溫度變化對(duì)機(jī)床基礎(chǔ)熱變形的影響規(guī)律，認(rèn)為隨著基礎(chǔ)的增加，基礎(chǔ)溫度分布呈負(fù)指數(shù)規(guī)律遞減的簡(jiǎn)諧波，熱變形主要集中在距離基礎(chǔ)兩端某距離以內(nèi)，并利用自準(zhǔn)直原理提出雙層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，使機(jī)床自重變形能夠自動(dòng)補(bǔ)償環(huán)境溫度變化引起的熱變形，從而提高機(jī)床的加工精度及其穩(wěn)定性。
　　現(xiàn)代計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度發(fā)展很快，使得利用有限元方法可以對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)床進(jìn)行熱變形分析。通過計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)床現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行模擬，優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，也是一種提高加工中心精度的途徑。浙江大學(xué)研究人員對(duì)彈性熱接觸問題用有限元方法進(jìn)行研究，而且對(duì)有限元系統(tǒng)進(jìn)行了，并應(yīng)用于TKA6916型數(shù)控落地銑、銼床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化上，取得了   的成果。北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院對(duì)五軸加工中心進(jìn)行，采用大型通用軟件ANSYS，對(duì)機(jī)床主要部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)分析，取得了   的成效。浙江工業(yè)大學(xué)的王金生等人針對(duì)某型號(hào)XK717數(shù)控銑床，應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS對(duì)機(jī)床整機(jī)進(jìn)行熱特性分析，分析冷卻水的流量和預(yù)緊力對(duì)主軸軸承溫升的影響規(guī)律，為數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。但是這些研究是基于機(jī)床模型進(jìn)行的，對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行了   的簡(jiǎn)化，而且在熱源上也不是   按照實(shí)際情況進(jìn)行模擬、實(shí)驗(yàn)，還并不能   真實(shí)的反映出機(jī)床工作時(shí)的實(shí)際情況，但對(duì)機(jī)床的優(yōu)化設(shè)計(jì)有很好的指導(dǎo)作用。