浅谈数控机床关键部件受热误差补偿技术

董辉

摘 要：在当今机械制造行业的发展方向是质量高、精度高、集成度高、智能化。在这种要求下，加工技术必须具有较高的精密度。数控机床作为设备的主要加工制造对象，其精度越高，市场竞争力和制造水平就越强。为了使我国的制造行业能够在国际市场占据一席之地，就必须应用受热误差补偿技术，来提高数控机床的加工精度。

关键词：数控机床；关键部件，受热误差补偿；技术要点

随着数控机床进行加工的普及，数控机床加工如何能够减少误差引起越来越多的用户的重视。因此，作为数控机床厂家如何提高数控机床在工作运行中的精确度，成为必须面对的问题。文章将介绍数控机床中关键部件如传动系统和主轴内部受热导致误差的来源，以及详细阐述数控机床自身通过机械补偿误差技术的要点。

1 数控机床关键部件受热误差的来源

滚珠丝杠是数控机床的关键部件之一，决定着机床的运动精度，在机床常时间的运行中有发热现象的发生，而导致整个传动轴产生精度变化，机床另一关键部件主轴也是最易产生受热误差的来源之一，所以一些机床厂家在数控机床组装的时候，则对机床传动部件的和主轴部件进行一些补偿技术的处理。

2 数控机床厂家采用的受热误差补偿方法

目前市场上的数控机床滚珠大部分都是运用滚珠丝杠进行传动，当机床运行一段时间以后，滚珠丝杠传动螺母副内部的滚珠和滚珠跑道就会出现一定程度的摩擦生热，导致整支丝杠出现膨胀伸长的状况，这是材料热胀冷缩的物理现象，但是这看似简单的物理现象却会造成机床传动部分精度变化数控机床厂家目前较多的使用的是对滚珠丝杆进行一些预拉力处理，使滚珠丝杠的固定端在锁紧螺帽的预锁力作用下变长，先“透支”因发热量产生的变长量，来弥补由于滚珠丝杠发热伸长而出现的误差，该锁紧力称之为“预拉力”。当然，对于滚珠丝杠的预拉力也是限度的，如果预拉力过小，则无法滚珠丝杠的变形量拉出，过大又会导致丝杆的过度变形甚至直接造成丝杆精度破坏。以下公式计算预拉力F0：

？驻L？兹=？籽·？兹·L

在此

？驻L？兹 热变形量（？滋m）；？籽 热膨系数（12？滋m/m℃）；？兹螺杆轴的平增多温升（℃）；L指滚珠螺杆的全长（mm）

KS：滚珠丝杠轴向刚性

国内大部分机床生产厂家出厂的机床，会对滚珠丝杠进行2-3°C的伸长量，可以认定位1000mm的滚珠丝杆进行3um的伸长量。

市场上有一些高档数控机床，则会采用滚珠丝杠中间通油冷却的方式，对机床滚珠丝杠进行适当的降温，来改善滚珠丝杠的环境，此类方法简单有效，但是如何将滚珠丝杠的中央进行深孔加工，同时又要保持严格的形位精度，实在是一件难事，所以该机床制造成本提高，价格昂贵。从滚珠丝杠内部冷却的原理如下图纸：

数控机床传动部分误差补偿的第三种策略，是进行激光测量仪进行的镭射补偿，此类方法是将机床结束跑合预热以后，进行运动部件的重复定位测量，通过激光测量位置的误差以后在在数控系统中进行机械结构背隙量的补偿。

接下来探讨数控机床主轴的受热情况和误差弥补技术。主轴在机床进行加工的时候，主轴内轴承高速运转，轴承滚珠的摩擦力导致轴承热温升剧烈，传递到主轴本体和主轴头铸件上，均会引起加工精度的变化，常见的现象是钻孔深度超差。因为主轴内心轴出现了受热膨胀，导致主轴长度变长，直接影响到了刀具的定位。如何才能降低主轴的温升量和进行误差无偿呢。首先，需要对主轴的结构进行处理。许多生产主轴厂家设计主轴轴承的排列，都采用主轴前端斜角轴承对排，主轴后端深槽滚珠轴承对排的设计，这是主轴特殊的受力状况所决定。前端斜角滚珠轴承的使用，必须对轴承进行间隙的预紧处理，才可以使轴承内滚珠运行平稳，减少振动和噪音，也是降低热温升关键，所以主轴在组装的时候，均需要进行斜角轴承的预紧。

主轴另一种受热补偿的方法，则是目前数控机床厂家采用较多的是主轴冷却法。该方法是将主轴头铸件内部加工出螺旋型跑道，装入主轴以后，采用油冷却机或空气冷却机将油或冷气灌注螺旋性跑道中，形成冷却循环，降低热变型。经过用户的使用体验，效果反馈良好。但是此类方法对于主轴头铸件的加工提升了难度，对主轴头和主轴之间的密封的设计需要做特殊处理。我们也建议用户在使用机床加工之前，可以先进行半小时左右的热机，将主轴进行空跑合运行，待主轴发热到达一定热量时，会达到热性能稳定区，发热量也会相对的减少。用户养成加工前先热机的习惯，在机床寿命的延长是非常可观的。算一笔经济账，机床热机跑合的成本是远远低于机床维修及怠工所带来的损失。

3 结术语

以上则为数控机床关键部件中较为普遍存在的受热现象以及一些基础性补偿方法，有的厂家选用其中方法一种或两种，也有厂家以上方法均有使用，总之能够通过补偿方法，减少机床使用过程中出现的超差精度，则是达到了效果，才可以让我们广大的用户受益，加工出来符合图纸要求的产品。作为祖国的机床人，扎根在机床设计第一线，则需要更多的去体会了解补偿方法使用中的问题，再进行改进和创新。

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