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立式加工中心之熱變形

我們國家幅員遼闊，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。因此，人們對室內(nèi)(如車間)溫度的干預(yù)的方式和程度也不同，機床周圍的溫度氛圍千差萬別。舉個例子，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，機加工車間的設(shè)計有供暖，空氣流通不足。車間內(nèi)外溫差可達50℃。因此車間內(nèi)冬季的溫度梯度十分復(fù)雜，測量時室外溫度1.5℃，時間為上午8:15-8:35，車間內(nèi)溫度變化約3.5℃。精密機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。
究竟是哪些原因，影響著機床近距離范圍內(nèi)各種布局形成的熱環(huán)境呢？
主要包括以下4個方面：
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，它們離機床較近時可直接長時間影響機床整體或部分部件的溫升。相鄰設(shè)備在運行時產(chǎn)生的熱量會以幅射或空氣流動的方式影響機床溫升。
3）散熱：地基有較好的散熱作用，尤其是精密機床的地基切忌靠近地下供熱管道，一旦破裂泄漏時，可能成為一個難以找到原因的熱源；敞開的車間將是一個很好的“散熱器”，有利于車間溫度均衡。
4)恒溫：車間采取恒溫設(shè)施對精密機床保持精度和加工精度是很有效果的，但能耗較大。
機床內(nèi)部熱影響因素
1)機床結(jié)構(gòu)性熱源。電動機發(fā)熱如主軸電動機、進給伺服電動機、冷卻潤滑泵電動機、電控箱等均可產(chǎn)生熱量。這些情況對電動機本身來說是允許的，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)動電動機運轉(zhuǎn)時，除了少部分(約20%左右)轉(zhuǎn)化為電動機熱能外，大部分將由運動機構(gòu)轉(zhuǎn)化為動能，如主軸旋轉(zhuǎn)、工作臺運動等；但不可避免的仍有相當(dāng)部分在運動過程中轉(zhuǎn)化為摩擦發(fā)熱，例如軸承、導(dǎo)軌、滾珠絲杠和傳動箱等機構(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。冷卻是針對機床溫度升高的反向措施，如電動機冷卻、主軸部件冷卻以及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件冷卻等。高端機床往往對電控箱配制冷機，予以強迫冷卻。