車床的熱誤差產生及補償方法

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分析，并應用相應的方法和技術來進行熱誤差補償，從而實現最大限度的降低熱誤差，促進機床加工精度的提高。

關鍵詞 數控機床；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

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

1 機床在運作過程中產生熱誤差的主要影響因素

數控機床在運作的工程中產生熱誤差的情況具有較大的復雜性，其具有非線性、長時滯、多變量等諸多熱點。因此，熱誤差產生的影響因素也同樣具有復雜性和多樣性。具體因素主要表現在以下幾個方面：①熱源產生的影響。在數控機床的運作過程中，熱源主要來源于內部和外部。影響機床熱誤差的熱源就主要為內部和外部熱源，該種兩中熱源的共同作用可導致機床在運作過程中產生不同程度的熱誤差，進而影響到加工精度。經過研究發現，該兩種熱源對機床熱誤差產生的影響也各不相同，內部熱源的影響程度比外部熱能要大。內部熱源主要存在于機床運作的各個過程和發熱部件。運作過程切削加工、摩擦運動等，發熱部件主要包括潤滑油、電動機等；②機床構造的影響。機床的熱剛度、熱容量等均受其具體構造的影響。不同構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生不同的影響，大大增加了熱誤差的多變性和復雜性；③機床部件及連接件的影響。數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構，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的結合面，這些結合面均存在一定的熱阻作用。這些熱阻作用的存在導致機床在運作過程中產生熱誤差。

2 降低熱誤差方法分析

在實際操作中應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，具體指的是通過應用相關技術對熱源進行控制，對機床的結構進行合理地調節來實現對機床熱誤差進行控制[2]。該種方法為實際操作中應用較為廣泛的一種降低機床熱誤差的硬技術。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生的熱源進行具體、全面地分析，采取相應的措施對逐一對影響機床熱誤差的相關發熱量及熱源進行控制；②在數控機床的運作過程中適當地將冷卻系統功率增加到一定程度，并采取相應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在機床的設計及應用過程中，對相關熱源進行充分考慮和分析，不斷改進和優化機床結構；④在實際生產過程中，進行輔助熱源設置以均衡機床溫度場；⑤將車間溫度控制在合理的范圍內，從而實現對機床運作環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在以下幾點：①該種方法在某種情況下的應用會導致生產成本增加；②當工件的加工精度已經達到一定標準后，應用誤差避免法來實現精度的提高具有較大的難度，可行性不高，同時也會造成生產成本提高，不利于企業的長遠發展。

2）誤差補償法。誤差補償法又可稱為誤差補償技術，其是數控機床運作過程中應用較為普遍的一種軟技術，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，然后根據分析結果建立相應熱誤差數學模型，通過誤差數學模型計算出具體的熱誤差預測值。然后再根據相關數值對數控機床的相應運作系統進行改進和優化，通過人為方式將新型誤差制造出來，應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含量，其尤其適用于技術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量。資金投入少，提高加工精度效果好是誤差補償技術在實際應用過程中表現出來的最主要特點。誤差補償法的應用優點主要表現在以下幾個方面：①該種方法是通過人為地制造出現相應的誤差將機床運作中原本存在的誤差進行抵消，成本應用少，且可有效提高機床加工精度；②在工件加工已經達到相應標準的情況下應用熱誤差補償技術，可有效將制造成本降低，提高經濟效益。

3 熱誤差補償相關技術分析

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

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

4 結束語

隨著經濟和社會的飛速發展，制造業的發展規模不斷擴大，發展速度不斷加快，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和提高機床熱誤差補償技術，最大限度地對機床熱誤差進行控制，提高機床加工質量，提高制造業的市場競爭力，增加我國制造業經濟效益。

參考文獻

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

[2]傅建中，陳子辰.精密機械熱動態誤差模糊神經網絡建模研究 [J].浙江大學學報（工學版），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[J].天津大學學報，2012，7（3）：42-43.endprint