淺談數控機床關鍵部件受熱誤差補償技術

董輝

摘 要：在當今機械制造行業的發展方向是質量高、精度高、集成度高、智能化。在這種要求下，加工技術必須具有較高的精密度。數控機床作為設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能夠在國際市場占據一席之地，就必須應用受熱誤差補償技術，來提高數控機床的加工精度。

關鍵詞：數控機床；關鍵部件，受熱誤差補償；技術要點

隨著數控機床進行加工的普及，數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，作為數控機床廠家如何提高數控機床在工作運行中的精確度，成為必須面對的問題。文章將介紹數控機床中關鍵部件如傳動系統和主軸內部受熱導致誤差的來源，以及詳細闡述數控機床自身通過機械補償誤差技術的要點。

1 數控機床關鍵部件受熱誤差的來源

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

2 數控機床廠家采用的受熱誤差補償方法

目前市場上的數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部的滾珠和滾珠跑道就會出現一定程度的摩擦生熱，導致整支絲杠出現膨脹伸長的狀況，這是材料熱脹冷縮的物理現象，但是這看似簡單的物理現象卻會造成機床傳動部分精度變化數控機床廠家目前較多的使用的是對滾珠絲桿進行一些預拉力處理，使滾珠絲杠的固定端在鎖緊螺帽的預鎖力作用下變長，先“透支”因發熱量產生的變長量，來彌補由于滾珠絲杠發熱伸長而出現的誤差，該鎖緊力稱之為“預拉力”。當然，對于滾珠絲杠的預拉力也是限度的，如果預拉力過小，則無法滾珠絲杠的變形量拉出，過大又會導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（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

國內大部分機床生產廠家出廠的機床，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的降溫，來改善滾珠絲杠的環境，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。從滾珠絲杠內部冷卻的原理如下圖紙：

數控機床傳動部分誤差補償的第三種策略，是進行激光測量儀進行的鐳射補償，此類方法是將機床結束跑合預熱以后，進行運動部件的重復定位測量，通過激光測量位置的誤差以后在在數控系統中進行機械結構背隙量的補償。

接下來探討數控機床主軸的受熱情況和誤差彌補技術。主軸在機床進行加工的時候，主軸內軸承高速運轉，軸承滾珠的摩擦力導致軸承熱溫升劇烈，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，常見的現象是鉆孔深度超差。因為主軸內心軸出現了受熱膨脹，導致主軸長度變長，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，需要對主軸的結構進行處理。許多生產主軸廠家設計主軸軸承的排列，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緊處理，才可以使軸承內滾珠運行平穩，減少振動和噪音，也是降低熱溫升關鍵，所以主軸在組裝的時候，均需要進行斜角軸承的預緊。

主軸另一種受熱補償的方法，則是目前數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，降低熱變型。經過用戶的使用體驗，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，待主軸發熱到達一定熱量時，會達到熱性能穩定區，發熱量也會相對的減少。用戶養成加工前先熱機的習慣，在機床壽命的延長是非常可觀的。算一筆經濟賬，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 結術語

以上則為數控機床關鍵部件中較為普遍存在的受熱現象以及一些基礎性補償方法，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品。作為祖國的機床人，扎根在機床設計第一線，則需要更多的去體會了解補償方法使用中的問題，再進行改進和創新。

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