热变形对策：使用对称结构和材料线膨胀系数

从位置定位问答调查卷的回答来看，在定位任务完成的过程中约30%以上所受阻力来自热干扰。由于一般钢的线膨胀系数为11×10^-6K^-1，例如，机械的大小为1m左右，±1℃的温度变化就会引起机械±11μm的热变形，而要求把热变形控制在微米数量级别的热稳定措施，即使是在恒温室中也是相当困难。

机械除了受到内外力的作用之外，还会受到内外热干扰的影响，循环链的热变形和稳定性也应该考虑。和力链相同，热膨胀与零件材料长度成比例关系。力链短些，力学变形会小些；热影响的路径短些，热变形也会小些。为了防止热变形的影响，必须把测定系统从热源环境分离出来。

具体来说有下述应对方法：①采用低膨胀材料；②使用对称性构造；③恒温环境的高精度化；④热源分离，热排出；⑤热的解析，补正技术等。

其中，①的低膨胀材料，代表的有含镍（Ni）33%～36%的超级倒钢（线膨胀系数约为0.5×10^-6K^-1）。还必须考虑室温变动的梯度与变动周期，不能仅依靠使用线膨胀系数小的材料，还应当考虑使用不易传热的材料。例如，在遇到突发的外部热干扰和周期性的温度变化时，使用对温度不那么敏感的树脂混凝土等也能奏效。相反，如果使用高热导率的铝材，由于铝材内外温差小，不易发生弯曲变形，后面将要提到的热变形补正实施也比较容易。(www.xing528.com)

②的热对称性构造，对于想形成稳定的热变形时，在机械构造上进行对称布置是很重要的。例如图1.6.19a那样的非对称构造，热变形很容易发生，必须做成对称的结构，在零件材料尺寸、体积、表面面积和线膨胀系数上要做到对称，还必须对热源和散热性做全面观察，实施全面的对称。在图1.6.19b中，由线膨胀系数不同的材料制成的零件A和B，A、B受热后的差动变形相同，用以稳定希望恒定的尺寸。

③恒温环境一直在高精度化，当然，机床本身就装在恒温室里很多见，而不少只是把装置的主要部分放在恒温室空间里。把机械的操作系统与作为热源的传动器和电子回路等隔离开来为佳。图1.6.20所示为用于扫描显微镜研究等场合的恒温室的内部构造示意图，在三层断热构造的内部注入恒温水进行循环，得到0.05K以下的温度稳定性，也有用在一定温度控制下的气体或者流体在装置内进行循环和热量交换。