热误差分析探究

机床的温升和热变形是由各种“热源”引起的，工艺系统的热源可以分为两大类：内部热源和外部热源。其中，内部热源包括机床的各个传动件，如机床内部的轴承、电机、齿轮副、离合副、导轨及液压系统等运转时产生的“摩擦热”和机床在加工过程中所产生的“切削热”；外部热源主要包括气温、冷热风气流等外界环境的变化和阳光、照明、暖气设备、人体等各种热辐射的影响。机床热误差产生的主要原因是机床各个热源的分布及其所产生热量的不均匀性，使机床的各个零部件产生不均匀的温升和热膨胀，从而引起机床各部件的尺寸、外形和空间相对位置发生变化，导致主轴相对于工作台的位置发生改变，原点坐标变化，机床运动机构移动的直线性产生偏差，破坏反馈系统工作的稳定性。

一般情况，机床上各部分的温度不是一个恒定值，而是随着时间和空间变化的，可表示为

这种随时间而变的温度场称为不稳定温度场。如果机床上各部件的温度都不随时间的变化而变化，则这种温度场称为稳定温度场，可以表示为

机床温升对精度的影响主要表现在影响机床的加工精度，改变部件间滑移面的间隙，降低油膜的承载能力，恶化机床的工作条件。工件的升温与测量工具的温度不同，它影响测量精度等方面。

对于五轴数控机床来说，各个坐标轴和主轴都可能产生热变形误差，然而，由温升引起的转角误差比较复杂，难以测量，通常情况下不予考虑。五轴数控机床的热变形误差主要有：

X坐标轴原点在X、Y、Z轴方向的热变形误差：δxX（t）、δyX（t）、δzX（t）。(www.xing528.com)

Y坐标轴原点在X、Y、Z轴方向的热变形误差：δxY（t）、δyY（t）、δzY（t）。

Z坐标轴原点在X、Y、Z轴方向的热变形误差：δxZ（t）、δyZ（t）、δzZ（t）。

A坐标轴原点在X、Y、Z轴方向的热变形误差：δxA（t）、δyA（t）、δzA（t）。

C坐标轴原点在X、Y、Z轴方向的热变形误差：δxC（t）、δyC（t）、δzC（t）。

主轴部件是机床的主要热源之一，主要存在5项热误差，分别为主轴坐标系原点的3项热变形误差，分别为δxS（t）、δyS（t）、δzS（t），以及两项主轴轴线的热倾斜误差：εxS（t）、εyS（t）。