温度对数控加工中心精度的影响

温度对数控加工中心精度的影响

变形是影响加工精度的原因之一数控加工中心机床受到车间环境温度的变化、电动机发热和机械运动摩擦发热、切削热以及冷却介质的影响，造成机床各部的温升不均匀，导致机床形态精度及加工精度的变化。例如，在一台普通精度的数控铣床上加工70mm×1650mm的螺杆，上午7:30-9:00铣削的工件与下午2:00-3:30加工的工件相比，累积误差的变化可达85m。而在恒温条件下，则误差可减小至40m。

再如，一台用于双端面磨削0.6～3.5mm厚的薄钢片工件的精密双端面磨床，在验收时加工200mm×25mm×1.08mm钢片工件能达到mm的尺寸精度，弯曲度在全长内小于5m。但连续自动磨削1h后，尺寸变化范围增大到12m，冷却液温度由开机时的17℃上升到45℃。由于磨削热的影响，导致主轴轴颈伸长，主轴前轴承间隙增大。据此，为该机床冷却液箱添加一台5.5kW制冷机，效果十分理想。实践证明，机床受热后的变形是影响加工精度的重要原因。但机床是处在温度随时随处变化的环境中；机床本身在工作时必然会消耗能量，这些能量的相当一部分会以各种方式转化为热，引起机床各构件的物理变化，这种变化又因为结构形式的不同，材质的差异等原因而千差万别。机床设计师应掌握热的形成机理和温度分布规律，采取相应的措施，使热变形对加工精度的影响减少到最小。

CNC数控加工中心机床的温升及温度分布、自然气候影响我国幅员辽阔，大部分地区处于亚热带地区，一年四季的温度变化较大，一天内温差变化也不一样。由此，人们对室内（如车间）温度的干预的方式和程度也不同，机床周围的温度氛围千差万别。例如，长三角地区季节温度变化范围约45℃左右，昼夜温度变化约5～12℃。机加工车间一般冬天无供热，夏天无空调，但只要车间通风较好，机加工车间的温度梯度变化不大。而东北地区，季节温差可达60℃，昼夜变化约8～15℃。每年10月下旬至次年4月初为供暖期，机加工车间的设计有供暖，空气流通不足。车间内外温差可达50℃。因此车间内冬季的温度梯度十分复杂，测量时室外温度1.5℃，时间为上午8:15-8:35，车间内温度变化约3.5℃。精密机床的加工精度在这样的车间内受环境温度影响将是很大的。

周围环境影响

机床周围环境是指机床近距离内各种布局所形成的热环境。包括以下四个方面：

1） 车间小气候

如车间内的温度分布（垂直方向、水平方向）。当昼夜变化或气候、通风变化时，车间温度变化缓慢。

2） 车间热源

如太阳辐射、采暖设备、大功率照明辐射等。当它们靠近数控机床时，会长期直接影响数控机床整体或部分的温升。相邻设备在运行过程中产生的热量会通过辐射或气流的方式影响机床的温升。

3） 散热

地基具有较好的散热性，尤其是精密机床的基础不应靠近地下供热管道。一旦管道破裂和泄漏，它可能成为热源，很难找到原因。开放式车间将是一个很好的“散热器”，有助于车间温度均衡。

4） 恒温

在车间内设置恒温设备可以有效地保持精密机床的精度和加工精度，但能耗较大。

机床内部的热影响因素

1） 机床结构热源

电机发热如主轴电机、伺服进给电机、冷却润滑泵电机、电控箱等都能发热。这些条件对电机本身是允许的，但对主轴、滚珠丝杠等部件有显著的不利影响。应采取措施将其隔离。当输入的电能驱动电机运转时，除了一小部分（约20%）转化为电机热能外，大部分电能都会通过主轴转动、工作台运动等运动机构转化为动能。然而，在运动过程中，有相当一部分不可避免地转化为摩擦热。轴承、导轨、滚珠丝杠和齿轮箱等机械装置可以产生热量。

2） 加工过程中的切削热

在切削过程中，刀具或工件的部分动能被切削工作消耗。相当一部分被转化为切削变形能和切屑与刀具之间的摩擦热，在刀具、主轴和工件中产生热量，大量切屑热量被传递到机床的工作台夹具等部件。它们将直接影响刀具与工件之间的相对位置。

3） 冷却

冷却是防止机床温升的一种措施，如电机冷却、主轴部件冷却和基础设施冷却。高端数控机床往往被迫用冰箱冷却电控箱。