車床的熱誤差產(chǎn)生及補償方法

曹振波+潘明臣+王玉晶

摘 要 機床在運作的過程中所產(chǎn)生的熱誤差是對加工精度造成影響的重要原因之一。因此，在車床的運作過程中，對其熱誤差進行科學(xué)分析，并應(yīng)用相應(yīng)的方法和技術(shù)來進行熱誤差補償，從而實現(xiàn)最大限度的降低熱誤差，促進機床加工精度的提高。

關(guān)鍵詞 數(shù)控機床；熱誤差補償；補償方法

中圖分類號：TG519.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0140-01

在經(jīng)濟發(fā)展的推動下，機械制造技術(shù)也進入了一個嶄新的發(fā)展階段，制造技術(shù)朝著高質(zhì)量、高效率、高智能方向不斷發(fā)展[1]。在現(xiàn)代機械制造中，各種精密及超精密加工技術(shù)已經(jīng)成為其主要發(fā)展趨勢和重要組成部分，且已經(jīng)成為機械制造也提高市場競爭，增強經(jīng)濟效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著現(xiàn)代機械制造發(fā)展進程的加快，車床熱誤差補償方法及技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛和嫻熟。本文就車床熱誤差產(chǎn)生的原因進行分析，旨在探討相應(yīng)的熱誤差補償方法及技術(shù)，提高車床加工精度。

1 機床在運作過程中產(chǎn)生熱誤差的主要影響因素

數(shù)控機床在運作的工程中產(chǎn)生熱誤差的情況具有較大的復(fù)雜性，其具有非線性、長時滯、多變量等諸多熱點。因此，熱誤差產(chǎn)生的影響因素也同樣具有復(fù)雜性和多樣性。具體因素主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①熱源產(chǎn)生的影響。在數(shù)控機床的運作過程中，熱源主要來源于內(nèi)部和外部。影響機床熱誤差的熱源就主要為內(nèi)部和外部熱源，該種兩中熱源的共同作用可導(dǎo)致機床在運作過程中產(chǎn)生不同程度的熱誤差，進而影響到加工精度。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，該兩種熱源對機床熱誤差產(chǎn)生的影響也各不相同，內(nèi)部熱源的影響程度比外部熱能要大。內(nèi)部熱源主要存在于機床運作的各個過程和發(fā)熱部件。運作過程切削加工、摩擦運動等，發(fā)熱部件主要包括潤滑油、電動機等；②機床構(gòu)造的影響。機床的熱剛度、熱容量等均受其具體構(gòu)造的影響。不同構(gòu)造的機床均有不同的散熱性能，從而對熱誤差的藕合及時滯產(chǎn)生不同的影響，大大增加了熱誤差的多變性和復(fù)雜性；③機床部件及連接件的影響。數(shù)控機床中存在各式各樣的多種部件，而各種部件又均由不同的材料組成，且具有其各自的形狀和結(jié)構(gòu)，因此，各個部件也具有其各自的熱慣性和熱容量。同時在各部件的連接件中又存在相應(yīng)的結(jié)合面，這些結(jié)合面均存在一定的熱阻作用。這些熱阻作用的存在導(dǎo)致機床在運作過程中產(chǎn)生熱誤差。

2 降低熱誤差方法分析

在實際操作中應(yīng)用較為普遍的降低機床熱誤差方法主要誤差避免法、誤差補償法兩種。

1）誤差避免法。誤差避免法又可稱為誤差防止技術(shù)，具體指的是通過應(yīng)用相關(guān)技術(shù)對熱源進行控制，對機床的結(jié)構(gòu)進行合理地調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對機床熱誤差進行控制[2]。該種方法為實際操作中應(yīng)用較為廣泛的一種降低機床熱誤差的硬技術(shù)。其通常采用如下措施來完成對機床熱誤差的控制。①通過對機床運作過程中所產(chǎn)生的熱源進行具體、全面地分析，采取相應(yīng)的措施對逐一對影響機床熱誤差的相關(guān)發(fā)熱量及熱源進行控制；②在數(shù)控機床的運作過程中適當?shù)貙⒗鋮s系統(tǒng)功率增加到一定程度，并采取相應(yīng)措施作用機床潤滑工作，保證機床在運作過程中具有良好的潤滑性，最大限度地將摩擦降低；③在機床的設(shè)計及應(yīng)用過程中，對相關(guān)熱源進行充分考慮和分析，不斷改進和優(yōu)化機床結(jié)構(gòu)；④在實際生產(chǎn)過程中，進行輔助熱源設(shè)置以均衡機床溫度場；⑤將車間溫度控制在合理的范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)對機床運作環(huán)境溫度進行有效控制。誤差避免法可有效降低機床的熱誤差，促進機床加工精度的提高，但該種方法也存在一定缺陷。其具體缺陷主要表現(xiàn)在以下幾點：①該種方法在某種情況下的應(yīng)用會導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加；②當工件的加工精度已經(jīng)達到一定標準后，應(yīng)用誤差避免法來實現(xiàn)精度的提高具有較大的難度，可行性不高，同時也會造成生產(chǎn)成本提高，不利于企業(yè)的長遠發(fā)展。

2）誤差補償法。誤差補償法又可稱為誤差補償技術(shù)，其是數(shù)控機床運作過程中應(yīng)用較為普遍的一種軟技術(shù)，主要是通過對影響加工精度的各種誤差來源進行全面分析，然后根據(jù)分析結(jié)果建立相應(yīng)熱誤差數(shù)學(xué)模型，通過誤差數(shù)學(xué)模型計算出具體的熱誤差預(yù)測值。然后再根據(jù)相關(guān)數(shù)值對數(shù)控機床的相應(yīng)運作系統(tǒng)進行改進和優(yōu)化，通過人為方式將新型誤差制造出來，應(yīng)用該種誤差來抵消存在于機床中的原始熱誤差。該種方法在應(yīng)用過程中未涉及硬件改造即可提高工件的精度。誤差補償技術(shù)在各種新型機床中均具有較大實用性，且可有效提高機床運作的技術(shù)含量，其尤其適用于技術(shù)要求高的精細化機床，有效提高機床的精密的使用功能，提高工件加工效率和質(zhì)量。資金投入少，提高加工精度效果好是誤差補償技術(shù)在實際應(yīng)用過程中表現(xiàn)出來的最主要特點。誤差補償法的應(yīng)用優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①該種方法是通過人為地制造出現(xiàn)相應(yīng)的誤差將機床運作中原本存在的誤差進行抵消，成本應(yīng)用少，且可有效提高機床加工精度；②在工件加工已經(jīng)達到相應(yīng)標準的情況下應(yīng)用熱誤差補償技術(shù)，可有效將制造成本降低，提高經(jīng)濟效益。

3 熱誤差補償相關(guān)技術(shù)分析

通常情況下，熱變形誤差補償技術(shù)主要應(yīng)用于工件加過完成后的補償，主要應(yīng)用相應(yīng)的檢測方式對機床運作過程中產(chǎn)生的熱誤差進行間接或直接的測量。然后根據(jù)相應(yīng)的誤差補償模型對誤差補償進行計算，并及時向數(shù)控系統(tǒng)反饋計算結(jié)果，使控制器能夠及時作出相應(yīng)的指令來完成熱誤差補償。

在實際應(yīng)用過程中，每個熱誤差補償方法均需要應(yīng)用相應(yīng)的機床熱誤差數(shù)學(xué)模型來實現(xiàn)對機床熱變形誤差進行相應(yīng)的計算，進而實現(xiàn)對機床的主軸運動作出相應(yīng)的修改，促進工件加工精度的有效提高[3]。應(yīng)用熱誤差補償相關(guān)技術(shù)的最大優(yōu)點在于通過對有熱變形誤差數(shù)控機床的應(yīng)用，進行高精度產(chǎn)品加工，有效減低了生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)質(zhì)量。目前，機床熱誤差補償技術(shù)和方法的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，其研究的程度也在不斷加深，因此，該種技術(shù)及方法將會得到不斷的改進和完善，其發(fā)揮的作用將越來越大，

4 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟和社會的飛速發(fā)展，制造業(yè)的發(fā)展規(guī)模不斷擴大，發(fā)展速度不斷加快，對工件加工精度的要求也日益提高。因此，在機床加工過程中需不斷研發(fā)和提高機床熱誤差補償技術(shù)，最大限度地對機床熱誤差進行控制，提高機床加工質(zhì)量，提高制造業(yè)的市場競爭力，增加我國制造業(yè)經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]楊建國，薛秉源.CNC車削中心熱誤差模態(tài)分析及魯棒建模[J].中國機械工程，2011，12（7）：485-486.

[2]傅建中，陳子辰.精密機械熱動態(tài)誤差模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模研究 [J].浙江大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2013，9（1）：34-35.

[3]李書和，楊世明，張奕群，等.機床熱變形誤差實時補償技術(shù)[J].天津大學(xué)學(xué)報，2012，7（3）：42-43.endprint