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高精度机床的结构特点 高精密机床的热管理商丘睢阳区模具培训 |
| 发布者：qingxin 发布时间：2013/1/4 阅读：682次
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郑州模具培训为大家讲一讲高精度机床的结构特点 高精密机床的热管理
为了实现较高精度的切削运动，高精密加工机床的运动控制普遍采用较高级别的功能部件。
在导轨和轴承方面，由于高精度加工需要实现高精度和平稳的定位运动、轨迹运动和微小距离运动，因此高精度加工机床采用静压丝杠和静压导轨较为常见。此外，高精密加工机床的电主轴也可采取动压或静压轴承的方案，以同时实现支承和冷却功能，并提高主轴的刚度和阻尼性能。
在位置控制方面，由于精密测量是控制高精度加工的前提，要保证机床的运动达到需要的精度级别，其电子尺的测量精度须要高1~2个数量级。目前高精度加工机床一般采用分辨率达0.05~0.1μm的玻璃光栅。
机床的加工精度、光洁度和刀具寿命与机床的刚性成正比，因此高精度加工机床尤其重视床身的设计和材料选择。
以瑞士DIXI公司的JIG系列坐标镗床为例，其床身材料为球墨铸铁，经过有限元分析优化后，床身的静态刚度达120N/μm，比一般数控机床高3倍，高频动态刚度比一般机床高2~3倍。此外，JIG系列机床的床身采用三点支撑，并将刀库、电气柜、托盘交换装置等周边系统与床身分离，此举除可以简化机床安装以外，还有提高机床稳定性、降低床身颤动的作用。
提高机床刚性的另一种途径是使用人造花岗石材料浇注的床身。以德国KERN公司的Pyramid Nano机床为例，该机床采用了KERN公司专有的Armorith人造花岗石材料（图2中灰色表示Armorith人造花岗石材料，蓝色表示金属部件），与球墨铸铁相比，Armorith材料的阻尼性能高10倍，热导率低50%，热膨胀系数也较低。稳定的温度及震动阻尼基座使Pyramid Nano机床可以加工出光洁度非常高的表面。此外，Armorith材料具有非常高的密度，2t重的机身仅占2.5m2车间面积。
高精密机床的热管理
机床运行时产生的热量所造成的热变形对加工精度会产生巨大的影响。超精密机床由于机床的总质量远高于所切削的材料，而且单位时间的切削量少，因此，只需要维持机床所处环境的温度恒定，即可避免热变形的问题。可是，高精度机床的使用条件是中批量和大批量生产，要求高速度、大切削量的加工，机床的工件、刀具、丝杠、主轴等部件在加工过程中将产生可观的热量，必须在机床设计上加以周密考虑。
以DIXI的JIG系列坐标镗床为例，为了控制热变形，在机床7处主要热源设置了温度控制点,图中的控制点分别是：①滚珠螺母；②丝杠轴承；③主轴轴承和电机；④ B、C轴直接驱动电机；⑤电气柜；⑥液压系统；⑦冷却循环系统。
同时在各个热源都设计了独立的冷却循环回路并计算好各处热源的发热量。在机床工作期间，冷却液循环系统根据各个热源的发热量供应比室温低2℃的冷却液。确保每各个循环回路都提供稍大于热源发热量的冷却量，以保持机床的热变形在允许范围之内。
由于刀具在切削过程中的热变形无法完全避免，机床的数控系统可以对刀具引起的Z轴误差作出补偿。最后，必须指出的是，除了先进功能部件和技术以外，超精密机床的制造也离不开传统工艺，例如，装配1台超精密机床需要高达数百小时的刮研工作量。 |
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