改善數控機床熱變形的對策

　　根據目前機床熱變形研究成果，減小機床熱誤差有兩種基本方法：誤差預防法和誤差補償法件。誤差預防是通過改進結構設計和制造工藝降低溫升；誤差補償是通過建立機床熱誤差數學模型進行誤差的實時補償。
　　誤差預防法通過改進設計和制造途徑或減少可能的熱誤差源，提高機床的制作精度，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，經濟上的代價往往是很昂貴的。
　　1、溫度控制
　　控制溫度主要是控制數控機床床身上關鍵部件的溫度，從而達到控制其熱變形的大小。主要方法是在機床構件的   位置布置加熱元件或冷卻系統，實現機床整體的溫度場的均衡，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、液壓主軸和導軌減少摩擦熱；采用隔熱層使機床發熱部件產生的熱量排出；采用油冷機對主軸進行強制冷卻；采用陶瓷、磁力軸承等新型材料，從而降低發熱量。
　　2、合理設計結構
　　這種方法是在機械設計時，合理地選擇產生熱變形部件材料的熱膨脹系數、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機床的加工誤差產生影響。在結構優化設計時，結構熱對稱設計是機床熱變形對加工精度不良影響   的方法之一，這種“熱對稱面”設計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軌上的主軸箱部件采用夾箱式結構，就是一個熱對稱的典型設計，可以避免一般單立柱機床經常出現的主軸熱傾斜現象，以提高加工精度和熱穩定性。熱容量平衡設計也是熱變形的方法之一，它是根據機床各部件的熱容量不同，對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生較大的溫差，盡量達到它們之間的熱平衡，從而使機床整體的熱變形減少。
　　近年來還提出了一些機床結構，控制熱變形的新方法。如浙江大學的應濟等人根據相變材料的特性，提出將相變材料注入到機床基礎件中，可在   范圍內基礎件的熱變形。吉林省機電研究設計院的研究人員利用自準直原理設計新型導軌磨床，這種方法可基本由于環境溫度變化引起的基礎件的熱變形。吉林大學的閏占輝等研究環境溫度變化對機床基礎熱變形的影響規律，認為隨著基礎的增加，基礎溫度分布呈負指數規律遞減的簡諧波，熱變形主要集中在距離基礎兩端某距離以內，并利用自準直原理提出雙層基礎結構，使機床自重變形能夠自動補償環境溫度變化引起的熱變形，從而提高機床的加工精度及其穩定性。
　　現代計算機運算速度發展很快，使得利用有限元方法可以對結構復雜的機床進行熱變形分析。通過計算機對機床現實環境進行模擬，優化設計結構，也是一種提高加工中心精度的途徑。浙江大學研究人員對彈性熱接觸問題用有限元方法進行研究，而且對有限元系統進行了，并應用于TKA6916型數控落地銑、銼床的結構優化上，取得了   的成果。北京機械工業學院對五軸加工中心進行，采用大型通用軟件ANSYS，對機床主要部件進行運動學、動力學和熱力學分析，取得了   的成效。浙江工業大學的王金生等人針對某型號XK717數控銑床，應用有限元分析軟件ANSYS對機床整機進行熱特性分析，分析冷卻水的流量和預緊力對主軸軸承溫升的影響規律，為數控銑床的設計提供了理論依據。但是這些研究是基于機床模型進行的，對機床結構進行了   的簡化，而且在熱源上也不是   按照實際情況進行模擬、實驗，還并不能   真實的反映出機床工作時的實際情況，但對機床的優化設計有很好的指導作用。