淺談數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵部件受熱誤差補(bǔ)償技術(shù)

董輝

摘 要：在當(dāng)今機(jī)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(jī)床作為設(shè)備的主要加工制造對(duì)象，其精度越高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和制造水平就越強(qiáng)。為了使我國的制造行業(yè)能夠在國際市場(chǎng)占據(jù)一席之地，就必須應(yīng)用受熱誤差補(bǔ)償技術(shù)，來提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；關(guān)鍵部件，受熱誤差補(bǔ)償；技術(shù)要點(diǎn)

隨著數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工的普及，數(shù)控機(jī)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(jī)床廠家如何提高數(shù)控機(jī)床在工作運(yùn)行中的精確度，成為必須面對(duì)的問題。文章將介紹數(shù)控機(jī)床中關(guān)鍵部件如傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸內(nèi)部受熱導(dǎo)致誤差的來源，以及詳細(xì)闡述數(shù)控機(jī)床自身通過機(jī)械補(bǔ)償誤差技術(shù)的要點(diǎn)。

1 數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵部件受熱誤差的來源

滾珠絲杠是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，決定著機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度，在機(jī)床常時(shí)間的運(yùn)行中有發(fā)熱現(xiàn)象的發(fā)生，而導(dǎo)致整個(gè)傳動(dòng)軸產(chǎn)生精度變化，機(jī)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(jī)床廠家在數(shù)控機(jī)床組裝的時(shí)候，則對(duì)機(jī)床傳動(dòng)部件的和主軸部件進(jìn)行一些補(bǔ)償技術(shù)的處理。

2 數(shù)控機(jī)床廠家采用的受熱誤差補(bǔ)償方法

目前市場(chǎng)上的數(shù)控機(jī)床滾珠大部分都是運(yùn)用滾珠絲杠進(jìn)行傳動(dòng)，當(dāng)機(jī)床運(yùn)行一段時(shí)間以后，滾珠絲杠傳動(dòng)螺母副內(nèi)部的滾珠和滾珠跑道就會(huì)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(jiǎn)單的物理現(xiàn)象卻會(huì)造成機(jī)床傳動(dòng)部分精度變化數(shù)控機(jī)床廠家目前較多的使用的是對(duì)滾珠絲桿進(jìn)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(bǔ)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(dāng)然，對(duì)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(huì)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(jì)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(jī)床生產(chǎn)廠家出廠的機(jī)床，會(huì)對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行2-3°C的伸長量，可以認(rèn)定位1000mm的滾珠絲桿進(jìn)行3um的伸長量。

市場(chǎng)上有一些高檔數(shù)控機(jī)床，則會(huì)采用滾珠絲杠中間通油冷卻的方式，對(duì)機(jī)床滾珠絲杠進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕禍?，來改善滾珠絲杠的環(huán)境，此類方法簡(jiǎn)單有效，但是如何將滾珠絲杠的中央進(jìn)行深孔加工，同時(shí)又要保持嚴(yán)格的形位精度，實(shí)在是一件難事，所以該機(jī)床制造成本提高，價(jià)格昂貴。從滾珠絲杠內(nèi)部冷卻的原理如下圖紙：

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

接下來探討數(shù)控機(jī)床主軸的受熱情況和誤差彌補(bǔ)技術(shù)。主軸在機(jī)床進(jìn)行加工的時(shí)候，主軸內(nèi)軸承高速運(yùn)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(huì)引起加工精度的變化，常見的現(xiàn)象是鉆孔深度超差。因?yàn)橹鬏S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(jìn)行誤差無償呢。首先，需要對(duì)主軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。許多生產(chǎn)主軸廠家設(shè)計(jì)主軸軸承的排列，都采用主軸前端斜角軸承對(duì)排，主軸后端深槽滾珠軸承對(duì)排的設(shè)計(jì)，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(duì)軸承進(jìn)行間隙的預(yù)緊處理，才可以使軸承內(nèi)滾珠運(yùn)行平穩(wěn)，減少振動(dòng)和噪音，也是降低熱溫升關(guān)鍵，所以主軸在組裝的時(shí)候，均需要進(jìn)行斜角軸承的預(yù)緊。

主軸另一種受熱補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ瑒t是目前數(shù)控機(jī)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(jī)或空氣冷卻機(jī)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(yàn)，效果反饋良好。但是此類方法對(duì)于主軸頭鑄件的加工提升了難度，對(duì)主軸頭和主軸之間的密封的設(shè)計(jì)需要做特殊處理。我們也建議用戶在使用機(jī)床加工之前，可以先進(jìn)行半小時(shí)左右的熱機(jī)，將主軸進(jìn)行空跑合運(yùn)行，待主軸發(fā)熱到達(dá)一定熱量時(shí)，會(huì)達(dá)到熱性能穩(wěn)定區(qū)，發(fā)熱量也會(huì)相對(duì)的減少。用戶養(yǎng)成加工前先熱機(jī)的習(xí)慣，在機(jī)床壽命的延長是非?？捎^的。算一筆經(jīng)濟(jì)賬，機(jī)床熱機(jī)跑合的成本是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于機(jī)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(jī)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(bǔ)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(bǔ)償方法，減少機(jī)床使用過程中出現(xiàn)的超差精度，則是達(dá)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(jī)床人，扎根在機(jī)床設(shè)計(jì)第一線，則需要更多的去體會(huì)了解補(bǔ)償方法使用中的問題，再進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。

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