解讀斜床身數控車床的溫升及溫度分布

　　斜床身數控車床采用45°斜床身結構，排屑流暢。大跨距直線導軌設計，進給穩定可靠。主軸和進給均為伺服電機，能快速進行加減速運動。采用高性能同步帶傳動主軸系統，使電機轉速和主軸轉速實現同步，可充分發揮主軸系統準定、分度和剛性攻牙等功能。機床可根據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力刀架，以實現在同一臺機床上進行車、銑、鉆、攻等復合加工功能，也可對端面和圓柱面進行輪廓銑、切加工。

　　對斜床身數控車床的溫升及溫度分布分析可以從下面四點來具體闡述：

　　★自然氣候影響

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

　　像長三角地區季節溫度變化范圍約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，但只要車間通風較好，機加工車間的溫度梯度變化不大。而東北地區，季節溫差可達60℃，晝夜變化約8-15℃。每年10月下旬至次年4月初為供暖期，機加工車間的設計有供暖，空氣流通不足。車間內外溫差可達50℃。因此車間內冬季的溫度梯度十分復雜，測量時室外溫度1.5℃，時間為上午8:15-8:35，車間內溫度變化約3.5℃。精密機床的加工精度在這樣的車間內受環境溫度影響將是很大的。

　　★周圍環境的影響

　　1.車間小氣候：如車間內溫度的分布（垂直方向、水平方向）。當晝夜交替或氣候以及通風變化時車間溫度均會產生緩慢變化。

　　2.車間熱源：如太陽照射、供暖設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。相鄰設備在運行時產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。

　　★機床內部熱影響因素

　　1.機床結構性熱源：電動機發熱如主軸電動機、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，應采取措施予以隔離。當輸入電能驅動電動機運轉時，除了有少部分（約20%左右）轉化為電動機熱能外，大部分將由運動機構轉化為動能，如主軸旋轉、工作臺運動等；但不可避免的仍有相當部分在運動過程中轉化為摩擦發熱，如軸承、導軌、滾珠絲杠和傳動箱等機構發熱。

　　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，相當一部分則轉化切削的變形能和切屑與刀具間的摩擦熱，形成刀具、主軸和工件發熱，并由大量切屑熱傳導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結構件冷卻等。高端機床往往對電控箱配制冷機，予以強迫冷卻。

　　★機床的結構形態對溫升的影響

　　1.機床的結構形態：在總體結構方面，機床有立式、臥式、龍門式和懸臂式等，對于熱的響應和穩定性均有較大差異。例如齒輪變速的車床主軸箱的溫升可高達35℃，使主軸端上抬，熱平衡時間需2h左右。而斜床身數控車床有一個穩定的底座。明顯提高了整機剛度，主軸采用伺服電動機驅動，去除了齒輪傳動部分，其溫升一般小于15℃。

　　2.熱源分布的影響：機床上通常認為熱源是指電動機。如主軸電動機、進給電動機和液壓系統等，其實是不完全的。電動機的發熱只是在承擔負荷時，電流消耗在電樞阻抗上的能量，另有相當一部分能量消耗于軸承、絲杠螺母和導軌等機構的摩擦功引起的發熱。所以可把電動機稱為一次熱源，將軸承、螺母、導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果。

　　3.質量分布的影響：質量大小與集中程度，通常指改變熱容量和熱傳遞的速度，改變達到熱平衡的時間；通過改變質量的布置形式，如各種筋板的布置，提高結構的熱剛度，在同樣溫升的情況下，減小熱變形影響或保持相對變形較小；通過改變質量布置的形式，如在結構外部布置散熱筋板，以降低機床部件的溫升。

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