董輝

摘 要：在當今機械制造行業(yè)的發(fā)展方向是質(zhì)量高、精度高、集成度高、智能化。在這種要求下，加工技術(shù)必須具有較高的精密度。數(shù)控機床作為設(shè)備的主要加工制造對象，其精度越高，市場競爭力和制造水平就越強。為了使我國的制造行業(yè)能夠在國際市場占據(jù)一席之地，就必須應(yīng)用受熱誤差補償技術(shù)，來提高數(shù)控機床的加工精度。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；關(guān)鍵部件，受熱誤差補償；技術(shù)要點

隨著數(shù)控機床進行加工的普及，數(shù)控機床加工如何能夠減少誤差引起越來越多的用戶的重視。因此，作為數(shù)控機床廠家如何提高數(shù)控機床在工作運行中的精確度，成為必須面對的問題。文章將介紹數(shù)控機床中關(guān)鍵部件如傳動系統(tǒng)和主軸內(nèi)部受熱導(dǎo)致誤差的來源，以及詳細闡述數(shù)控機床自身通過機械補償誤差技術(shù)的要點。

1 數(shù)控機床關(guān)鍵部件受熱誤差的來源

滾珠絲杠是數(shù)控機床的關(guān)鍵部件之一，決定著機床的運動精度，在機床常時間的運行中有發(fā)熱現(xiàn)象的發(fā)生，而導(dǎo)致整個傳動軸產(chǎn)生精度變化，機床另一關(guān)鍵部件主軸也是最易產(chǎn)生受熱誤差的來源之一，所以一些機床廠家在數(shù)控機床組裝的時候，則對機床傳動部件的和主軸部件進行一些補償技術(shù)的處理。

2 數(shù)控機床廠家采用的受熱誤差補償方法

目前市場上的數(shù)控機床滾珠大部分都是運用滾珠絲杠進行傳動，當機床運行一段時間以后，滾珠絲杠傳動螺母副內(nèi)部的滾珠和滾珠跑道就會出現(xiàn)一定程度的摩擦生熱，導(dǎo)致整支絲杠出現(xiàn)膨脹伸長的狀況，這是材料熱脹冷縮的物理現(xiàn)象，但是這看似簡單的物理現(xiàn)象卻會造成機床傳動部分精度變化數(shù)控機床廠家目前較多的使用的是對滾珠絲桿進行一些預(yù)拉力處理，使?jié)L珠絲杠的固定端在鎖緊螺帽的預(yù)鎖力作用下變長，先“透支”因發(fā)熱量產(chǎn)生的變長量，來彌補由于滾珠絲杠發(fā)熱伸長而出現(xiàn)的誤差，該鎖緊力稱之為“預(yù)拉力”。當然，對于滾珠絲杠的預(yù)拉力也是限度的，如果預(yù)拉力過小，則無法滾珠絲杠的變形量拉出，過大又會導(dǎo)致絲桿的過度變形甚至直接造成絲桿精度破壞。以下公式計算預(yù)拉力F0：

？駐L？茲=？籽·？茲·L

在此

？駐L？茲 熱變形量（？滋m）；？籽 熱膨系數(shù)（12？滋m/m℃）；？茲螺桿軸的平增多溫升（℃）；L指滾珠螺桿的全長（mm）

KS：滾珠絲杠軸向剛性

國內(nèi)大部分機床生產(chǎn)廠家出廠的機床，會對滾珠絲杠進行2-3°C的伸長量，可以認定位1000mm的滾珠絲桿進行3um的伸長量。

市場上有一些高檔數(shù)控機床，則會采用滾珠絲杠中間通油冷卻的方式，對機床滾珠絲杠進行適當?shù)慕禍兀瑏砀纳茲L珠絲杠的環(huán)境，此類方法簡單有效，但是如何將滾珠絲杠的中央進行深孔加工，同時又要保持嚴格的形位精度，實在是一件難事，所以該機床制造成本提高，價格昂貴。從滾珠絲杠內(nèi)部冷卻的原理如下圖紙：

數(shù)控機床傳動部分誤差補償?shù)牡谌N策略，是進行激光測量儀進行的鐳射補償，此類方法是將機床結(jié)束跑合預(yù)熱以后，進行運動部件的重復(fù)定位測量，通過激光測量位置的誤差以后在在數(shù)控系統(tǒng)中進行機械結(jié)構(gòu)背隙量的補償。

接下來探討數(shù)控機床主軸的受熱情況和誤差彌補技術(shù)。主軸在機床進行加工的時候，主軸內(nèi)軸承高速運轉(zhuǎn)，軸承滾珠的摩擦力導(dǎo)致軸承熱溫升劇烈，傳遞到主軸本體和主軸頭鑄件上，均會引起加工精度的變化，常見的現(xiàn)象是鉆孔深度超差。因為主軸內(nèi)心軸出現(xiàn)了受熱膨脹，導(dǎo)致主軸長度變長，直接影響到了刀具的定位。如何才能降低主軸的溫升量和進行誤差無償呢。首先，需要對主軸的結(jié)構(gòu)進行處理。許多生產(chǎn)主軸廠家設(shè)計主軸軸承的排列，都采用主軸前端斜角軸承對排，主軸后端深槽滾珠軸承對排的設(shè)計，這是主軸特殊的受力狀況所決定。前端斜角滾珠軸承的使用，必須對軸承進行間隙的預(yù)緊處理，才可以使軸承內(nèi)滾珠運行平穩(wěn)，減少振動和噪音，也是降低熱溫升關(guān)鍵，所以主軸在組裝的時候，均需要進行斜角軸承的預(yù)緊。

主軸另一種受熱補償?shù)姆椒?，則是目前數(shù)控機床廠家采用較多的是主軸冷卻法。該方法是將主軸頭鑄件內(nèi)部加工出螺旋型跑道，裝入主軸以后，采用油冷卻機或空氣冷卻機將油或冷氣灌注螺旋性跑道中，形成冷卻循環(huán)，降低熱變型。經(jīng)過用戶的使用體驗，效果反饋良好。但是此類方法對于主軸頭鑄件的加工提升了難度，對主軸頭和主軸之間的密封的設(shè)計需要做特殊處理。我們也建議用戶在使用機床加工之前，可以先進行半小時左右的熱機，將主軸進行空跑合運行，待主軸發(fā)熱到達一定熱量時，會達到熱性能穩(wěn)定區(qū)，發(fā)熱量也會相對的減少。用戶養(yǎng)成加工前先熱機的習慣，在機床壽命的延長是非?？捎^的。算一筆經(jīng)濟賬，機床熱機跑合的成本是遠遠低于機床維修及怠工所帶來的損失。

3 結(jié)術(shù)語

以上則為數(shù)控機床關(guān)鍵部件中較為普遍存在的受熱現(xiàn)象以及一些基礎(chǔ)性補償方法，有的廠家選用其中方法一種或兩種，也有廠家以上方法均有使用，總之能夠通過補償方法，減少機床使用過程中出現(xiàn)的超差精度，則是達到了效果，才可以讓我們廣大的用戶受益，加工出來符合圖紙要求的產(chǎn)品。作為祖國的機床人，扎根在機床設(shè)計第一線，則需要更多的去體會了解補償方法使用中的問題，再進行改進和創(chuàng)新。

參考文獻

[1]邵澤強.數(shù)控原理和數(shù)控系統(tǒng)[M].北京理工大學出版社，2009（15）.

[2]范晉偉，宋貝貝，王稱心，等.TTTRR型五軸數(shù)控機床通用幾何誤差補償關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].機械設(shè)計與制造，2012（05）.

[3]于興芝，朱敬超.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].出版社：武漢理工大學出版社，2008（16）.

[4]洪琨.機床誤差檢測分析及其誤差補償技術(shù)的應(yīng)用分析[J].電子制作，2013（18）.

[5]秦曉寅.數(shù)控機床誤差補償?shù)年P(guān)鍵技術(shù)研究[J].河南科技，2013（24）.

[5]李永橋，諶永祥，王彭結(jié).數(shù)控機床誤差檢測及其軟件誤差補償技術(shù)研究[J].機械設(shè)計與制造，2010（11）.