為了減少數(shù)控銑床的熱變形措施

工藝過程的自動化和精密加工的發(fā)展對數(shù)控銑床機床的加工精度和精度穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。機床在內(nèi)外熱源的影響下，各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，使工件與刀具之間的相對運動關(guān)系遭到破壞，也使機床精度下降。在通常情況下，為了使機床的熱變形達到穩(wěn)定的數(shù)值，需要花費很多時間來預熱機床，這就直接影響了機床的生產(chǎn)率。對于數(shù)控機床來說，因為全部加工尺寸是由預先編制的指令控制的，熱變形的影響就更為嚴重。

　　機床產(chǎn)生熱變形的原因主要是熱源及機床各部分的溫差。熱源通常包括加工中的切屑、運轉(zhuǎn)的電動機、液壓系統(tǒng)、傳動件的摩擦以及機床外部的熱輻射等。除了熱源及溫差以外，機床零件的材料、結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸的不一致也是產(chǎn)生熱變形的重要因素。

　　機床各部位熱變形對加工精度的影響可以用圖2 4來說明。圖中的實線表示機床冷態(tài)時刀具和工件的相對位置。當機床運行了一段時間后，主軸箱內(nèi)的傳動件所產(chǎn)生的熱量使立柱向上變形，產(chǎn)生f偏差△Yt/(如圖2一4a所示/);在液壓油泵及其他傳動元件發(fā)熱的影響下，床身沿縱向產(chǎn)生中間凸起的變形/(如圖2 4b所示/)，而且由于床身縱向的伸長使支承絲杠的軸承向左移動，又產(chǎn)生了偏差AX/(如圖2 4。所示/);除此之外，還由于電動機所產(chǎn)生熱量，使立柱傾斜，造成了偏差△h/(如圖2一4d所示/)。綜合這一系列的變形使被加工孔的坐標精度和軸線的垂直度受到了影響。

　　為了減少數(shù)控銑床的熱變形，在設(shè)計時應采取以下的措施。

　　1.減少發(fā)熱

　　機床內(nèi)部發(fā)熱是產(chǎn)生熱變形的主要熱源，應當盡可能地將熱源從主機中分離出去。目前，大多數(shù)數(shù)控機床的電動機、變速箱、液壓裝置及油箱等都已外置。對于不能與主機分離的熱源，如主軸軸承、絲杠螺母副、高速運動導軌副等，則必須改善其摩擦特性和潤滑條件，以減少機床內(nèi)部的發(fā)熱。

　　主軸部件是直接影響加工精度的關(guān)鍵部件，而主軸上的軸承通常又是一個很大的內(nèi)部熱源。在數(shù)控機床上除了采用精密滾動軸承和對軸承進行油霧潤滑外，還可采用靜壓軸承，這些措施都有利于降低主軸的溫升。在精密數(shù)控機床的主軸箱內(nèi)應盡量避免使用摩擦離合器等發(fā)熱元件。

　　機床加工時所產(chǎn)生的切屑也是一個不可忽視的熱源，產(chǎn)生大量切屑的數(shù)控機床必須帶有完善的排屑裝置，以便將熱量盡快帶走。也可以在工作臺或?qū)к壣涎b設(shè)隔熱板，使這部分熱量被隔離在機床之外。在使用切削液的數(shù)控機床上，切削液冷卻了刀具和工件之后，帶走了切削熱，當它散落在機床的各處時，也會產(chǎn)生局部的溫升。精密數(shù)控機床應控制切削液的溫度，并使切削液迅速地通過蕞短途徑從機床中排出。

　　潤滑油在傳動件之間流過，帶走了摩擦熱，使?jié)櫥统氐臏囟戎饾u升高，成為一個次生熱源。因此，在一些精密數(shù)控機床中已把潤滑油池移出機床，當然也可以對油池進行溫度控制。

　　液壓傳動系統(tǒng)及其油池是機床卜的又一次生熱源。除了盡可能將此油池移出機床之外，油泵的供油量必須選擇得適當，否則大4多余的油液流經(jīng)溢液閥，既浪費了能源又產(chǎn)生很大的熱量。所以對干需要經(jīng)常變化供油量的液壓系統(tǒng)，應盡量采用變量泵。

　　2.拉制溫升

　　在采取了一系列減少熱源的措施之后，熱變形的情況將有所改善，但要完全消除機床的內(nèi)外熱源通常是十分困難的，甚至是不可能的，所以必須通過良好的散熱和冷卻來控制溫升，以減少熱源的影響。比較有效的方法是在機床的發(fā)熱部位進行強制冷卻。目前對于多坐標軸的數(shù)控機床，由于它在幾個方向上都要求很高的精度，因此很難用補償?shù)姆椒▉頊p少熱變形的影響。對于這類機床，采用制冷系統(tǒng)對潤滑液進行強制冷卻的方法可以收到良好的效果。但制冷系統(tǒng)的冷卻能力必須適當，如果吸熱量大于機床內(nèi)部熱源的發(fā)熱能力，將會使機床的溫度低于環(huán)境溫度，不僅引起收縮.而且濕空氣將會冷凝在機床表面上而使機床生銹。

　　除了采用強制冷卻之外，也可以在機床低溫部分通過加熱的方法，使機床各.4的溫度趨于一致，這樣可以保持溫度場的均勻，減少由于溫差造成的翹曲變形。某些較大型的數(shù)控機床設(shè)有加熱器，在加工之前通過加熱來縮短機床的預熱時間，以提高機床的實際生產(chǎn)率。

　　3.改善機床結(jié)構(gòu)

　　在同樣發(fā)熱的條件下，機床結(jié)構(gòu)對熱變形也有很大影響。目前，根據(jù)熱對稱原則設(shè)計的數(shù)控機床取得了較好的效果。因此，數(shù)控機床過去采用的.單立柱結(jié)構(gòu)有可能被雙立柱結(jié)構(gòu)所代替。雙立柱結(jié)構(gòu)由于左右對稱，受熱后的主軸軸線除產(chǎn)生垂直方向的平移外，其他方向的變形很小，而垂直方向的軸線移動ITJ以方便地用一個坐標的修正量進行補償。

　　對于數(shù)控銑床的主軸箱.應盡LlA使主軸的熱變形發(fā)生在刀具切人的垂直方向上，如圖2 5所示。這是因為刀尖沿工件切向的偏移對工件徑向尺寸的變化影響極小，幾乎可以忽略。在結(jié)構(gòu)上還應當盡可能減小主軸中心與主軸箱底面的距離/(如圖中的尺寸H/)，以減少熱變形的總量;同時應使主軸箱的前后溫升一致，避免主軸變形后出現(xiàn)傾斜。

　　數(shù)控機床中的滾珠絲杠是在預加載荷大、轉(zhuǎn)速高及散熱差的條件下運行的，因此絲杠極容易發(fā)熱。滾珠絲杠的熱伸長所造成的后果是嚴重的，尤其是在開環(huán)系統(tǒng)中，它將會使進給系統(tǒng)喪失定位精度。目前，某些機床用預拉的方法來減少絲杠的熱變形。這種方法是在加工滾珠絲杠時，使螺距略小于名義值，裝配時對絲杠進行預拉伸，使其螺距達到名義值。當?shù)谝还?jié)數(shù)拎機床的結(jié)構(gòu)要求絲杠工作而受熱，絲杠中的拉應力補償了熱應力，它既減少了熱伸長的影響，又提高了絲杠的剛度。

　　對于采取了上述措施仍不能消除的熱變形，可以根據(jù)測量的結(jié)果，由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出補償脈沖加以修正。例如在主軸箱_七測量出主軸軸承前端的熱位移，然后由數(shù)控裝置進行補償。

　　另外，也可以采用特殊的調(diào)節(jié)元件來消除熱位移。圖2 6是數(shù)控六角車床刀架消除熱位移的實例。熱調(diào)整油缸由刀桿和套簡組成，套簡的材料為熱膨脹系數(shù)很小的錮鋼，刀桿和套筒的一端固定連接，另一端可以相對移動。當機床發(fā)熱使主軸位置偏移時，變速箱中的潤滑油也被加熱，并流經(jīng)熱調(diào)整油缸，使刀桿受熱伸長，沿著主軸熱變形的相反方向進行自動補償。圖中的虛線和實線分別表示補償前后的熱變形量，由圖可見，經(jīng)過補償?shù)臒嶙冃瘟匡@著減小。該設(shè)計的本身只是解決了‘個具體的熱變形問題，但設(shè)計者創(chuàng)新的意識值得借鑒。