解讀斜床身數(shù)控車床的溫升及溫度分布

　　斜床身數(shù)控車床采用45°斜床身結(jié)構(gòu)，排屑流暢。大跨距直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)，進(jìn)給穩(wěn)定可靠。主軸和進(jìn)給均為伺服電機(jī)，能快速進(jìn)行加減速運(yùn)動(dòng)。采用高性能同步帶傳動(dòng)主軸系統(tǒng)，使電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)同步，可充分發(fā)揮主軸系統(tǒng)準(zhǔn)定、分度和剛性攻牙等功能。機(jī)床可根據(jù)需要安裝排刀架或八工位液壓刀架，也可增加不同的伺服動(dòng)力刀架，以實(shí)現(xiàn)在同一臺機(jī)床上進(jìn)行車、銑、鉆、攻等復(fù)合加工功能，也可對端面和圓柱面進(jìn)行輪廓銑、切加工。

　　對斜床身數(shù)控車床的溫升及溫度分布分析可以從下面四點(diǎn)來具體闡述：

　　★自然氣候影響

　　我國幅員遼闊，大部分地區(qū)處于亞熱帶地區(qū)，一年四季的溫度變化較大，一天內(nèi)溫差變化也不一樣。由此，人們對室內(nèi)（如車間）溫度的干預(yù)的方式和程度也不同，機(jī)床周圍的溫度氛圍千差萬別。

　　像長三角地區(qū)季節(jié)溫度變化范圍約45℃左右，晝夜溫度變化約5-12℃。機(jī)加工車間一般冬天無供熱，夏天無空調(diào)，但只要車間通風(fēng)較好，機(jī)加工車間的溫度梯度變化不大。而東北地區(qū)，季節(jié)溫差可達(dá)60℃，晝夜變化約8-15℃。每年10月下旬至次年4月初為供暖期，機(jī)加工車間的設(shè)計(jì)有供暖，空氣流通不足。車間內(nèi)外溫差可達(dá)50℃。因此車間內(nèi)冬季的溫度梯度十分復(fù)雜，測量時(shí)室外溫度1.5℃，時(shí)間為上午8:15-8:35，車間內(nèi)溫度變化約3.5℃。精密機(jī)床的加工精度在這樣的車間內(nèi)受環(huán)境溫度影響將是很大的。

　　★周圍環(huán)境的影響

　　1.車間小氣候：如車間內(nèi)溫度的分布（垂直方向、水平方向）。當(dāng)晝夜交替或氣候以及通風(fēng)變化時(shí)車間溫度均會產(chǎn)生緩慢變化。

　　2.車間熱源：如太陽照射、供暖設(shè)備和大功率照明燈的輻射等，它們離機(jī)床較近時(shí)可直接長時(shí)間影響機(jī)床整體或部分部件的溫升。相鄰設(shè)備在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量會以幅射或空氣流動(dòng)的方式影響機(jī)床溫升。

　　3.散熱：地基有較好的散熱作用，尤其是精密機(jī)床的地基切忌靠近地下供熱管道，一旦破裂泄漏時(shí)，可能成為一個(gè)難以找到原因的熱源；敞開的車間將是一個(gè)很好的“散熱器”，有利于車間溫度均衡。

　　4.恒溫：車間采取恒溫設(shè)施對精密機(jī)床保持精度和加工精度是很有效果的，但能耗較大。

　　★機(jī)床內(nèi)部熱影響因素

　　1.機(jī)床結(jié)構(gòu)性熱源：電動(dòng)機(jī)發(fā)熱如主軸電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)、冷卻潤滑泵電動(dòng)機(jī)、電控箱等均可產(chǎn)生熱量。這些情況對電動(dòng)機(jī)本身來說是允許的，但對于主軸、滾珠絲杠等元器件則有重大不利影響，應(yīng)采取措施予以隔離。當(dāng)輸入電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，除了有少部分（約20%左右）轉(zhuǎn)化為電動(dòng)機(jī)熱能外，大部分將由運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，如主軸旋轉(zhuǎn)、工作臺運(yùn)動(dòng)等；但不可避免的仍有相當(dāng)部分在運(yùn)動(dòng)過程中轉(zhuǎn)化為摩擦發(fā)熱，如軸承、導(dǎo)軌、滾珠絲杠和傳動(dòng)箱等機(jī)構(gòu)發(fā)熱。

　　2.工藝過程的切削熱：切削過程中刀具或工件的動(dòng)能一部分消耗于切削功，相當(dāng)一部分則轉(zhuǎn)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(fā)熱，并由大量切屑熱傳導(dǎo)給機(jī)床的工作臺夾具等部件。它們將直接影響刀具和工件間的相對位置。

　　3.冷卻：冷卻是針對機(jī)床溫度升高的反向措施，如電動(dòng)機(jī)冷卻、主軸部件冷卻以及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件冷卻等。高端機(jī)床往往對電控箱配制冷機(jī)，予以強(qiáng)迫冷卻。

　　★機(jī)床的結(jié)構(gòu)形態(tài)對溫升的影響

　　1.機(jī)床的結(jié)構(gòu)形態(tài)：在總體結(jié)構(gòu)方面，機(jī)床有立式、臥式、龍門式和懸臂式等，對于熱的響應(yīng)和穩(wěn)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(dá)35℃，使主軸端上抬，熱平衡時(shí)間需2h左右。而斜床身數(shù)控車床有一個(gè)穩(wěn)定的底座。明顯提高了整機(jī)剛度，主軸采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，去除了齒輪傳動(dòng)部分，其溫升一般小于15℃。

　　2.熱源分布的影響：機(jī)床上通常認(rèn)為熱源是指電動(dòng)機(jī)。如主軸電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給電動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)等，其實(shí)是不完全的。電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱只是在承擔(dān)負(fù)荷時(shí)，電流消耗在電樞阻抗上的能量，另有相當(dāng)一部分能量消耗于軸承、絲杠螺母和導(dǎo)軌等機(jī)構(gòu)的摩擦功引起的發(fā)熱。所以可把電動(dòng)機(jī)稱為一次熱源，將軸承、螺母、導(dǎo)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(jié)果。

　　3.質(zhì)量分布的影響：質(zhì)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(dá)到熱平衡的時(shí)間；通過改變質(zhì)量的布置形式，如各種筋板的布置，提高結(jié)構(gòu)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??；通過改變質(zhì)量布置的形式，如在結(jié)構(gòu)外部布置散熱筋板，以降低機(jī)床部件的溫升。

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