機床熱態(tài)特性.doc

目錄一、傳熱的基本知識1（一）導熱1（二）對流換熱2（三）輻射換熱7二、溫度場的求解7（一）導熱微分方程的建立及邊值條件8（二）溫度場的求解9三、熱變形與熱應力11（一）熱膨脹與熱應變11（二）熱應力11（三）彈性力學基本方程12四、機床熱態(tài)特性測試及其控制15（一）熱態(tài)特性參數(shù)的基本概念及測試方案15（二）機床熱態(tài)加工精度的控制16參考文獻1818機床熱態(tài)特性熱量的傳遞是自然界中一種很普遍的現(xiàn)象，依據(jù)熱力學第二定律，熱量可以自發(fā)地從溫度高的物體傳遞到溫度低的物體，從而到達到新的熱平衡。在金屬切削加工領域中，工藝系統(tǒng)的發(fā)熱與熱的傳遞，破壞工藝系統(tǒng)原有的熱平衡，形成新的溫度場。由于熱脹冷縮的作用，新的溫度場必然導致工藝系統(tǒng)各零部件產(chǎn)生熱變形和熱應力等熱效應，經(jīng)過長期的實踐證明這種熱效應對機械加工過程有著的重大影響。隨著科學技術的進步，這種影響嚴重制約了現(xiàn)代精密加工和自動化技術的發(fā)展。根據(jù)聯(lián)邦德國阿亨工業(yè)大學hbrauning分析：現(xiàn)代機床加工工件的制造制造誤差中，由熱變形引起的誤差比例高達50，英國伯明翰大學jpeckenik的調(diào)查表明：精密加工中由熱變形引起的加工制造誤差占的比例為4070；日本垣野羲照也有類似的估計。這些數(shù)據(jù)資料足以表明工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響是十分嚴重的。研究工藝系統(tǒng)的熱特性，首先必須要利用傳熱學的知識求解出其溫度場，然后算出熱應力和熱變形，最后采用相應的對策控制工藝系統(tǒng)熱變形，以提高工藝系統(tǒng)的加工精度。一、傳熱的基本知識機械制造中的工藝系統(tǒng)處于內(nèi)外熱源作用之下，使該系統(tǒng)的溫度有高低的差異，而熱量總是從高溫處向低溫處傳遞，這就是導熱。機床作為工藝系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)，溫度也有高、低的差異，再加上機床的內(nèi)、外約束，就會使機床產(chǎn)生不均勻的熱變形，影響機械加工精度。機床的熱變形與熱量的傳播與溫度場有著密切的聯(lián)系。傳熱學就是研究這種熱量傳遞與各部分溫度間相互關系的一門學科。機床的熱量傳遞是一個復雜的過程，根據(jù)熱量傳遞過程中物質(zhì)的運動特點，一般將熱量傳遞分為三種基本方式：導熱、對流換熱和輻射換熱。（一）導熱當不同溫度的物體之間或同一個物體不同溫度的各部分沒有宏觀相對運動時，通過直接接觸，由分子、原子或自由電子等微粒的熱運動而傳遞熱量的過程，簡稱為導熱，如機床中軸承和主軸之間及主軸內(nèi)部之間的熱量傳遞。熱傳導與物體內(nèi)部的溫度場密切相關，機床溫度場是在任一瞬間機床上所有點溫度分布的總稱，溫度場是空間和事件的函數(shù)，在直角坐標系中表示形式如式（1.1）所示。溫度相同點集合成的線、面稱為等溫線、等溫面，因為物體內(nèi)任何一點不可能有兩個不同的溫度，所以不同的等溫線和等溫面不會相交且是連續(xù)的，如圖1-1。圖1-1 等溫面及溫度梯度在等溫面上由于沒有溫差，故沒有熱量傳遞，而沿著等溫面法向?qū)⒂凶畲蟮蜏囟茸兓?，采用溫度梯度來描述最大溫度變化率。將溫度梯度記?gradt，即溫度梯度是矢量，其方向是沿等溫面的法向n并指向溫度增加的一邊，大小等于該點在此方向上單位距離所引起的溫度增量。傅立葉定律指出，單位時間內(nèi)通過等溫面單位面積的熱流量q，正比于垂直于該截面的溫度梯度，其方向正好與溫度梯度的方向相反，即式（1.3）為傅立葉導熱定律的數(shù)學表達式，其中為材料固有屬性所確定的導熱系數(shù)。（二）對流換熱運動著的流體與固體壁面之間的熱量傳遞過程稱為對流傳熱，對流傳熱模式包括由隨機的分子運動（擴散）和流體的宏觀運動導致的兩種能量傳輸機制。對流換熱遠比單純導熱復雜，實際上，它是熱對流和導熱兩種熱量傳遞基本方式同時作用的復雜過程。在機械制造工藝系統(tǒng)中空氣、切削液、潤滑油與立柱、床身、軸承之間的換熱方式就屬于對流換熱。根據(jù)牛頓冷卻定律計算公式可得式中分別為對流換熱系數(shù)、固體壁面溫度與流體溫度。因影響對流換熱過程的因素很多，所以研究對流換熱，要分析影響換熱系數(shù)的各種因素及求解換熱系數(shù)的方法。由于對流換熱是運動流體與固體壁面之間的熱量傳遞過程，因而一切有關流體流動和固體壁面的因素，都將影響換熱系數(shù)的大小。1、 流體流動的動力特性 對流換熱按流體流動的動力特性可分為強迫對流換熱和自然對流換熱兩大類。強迫對流是指流體在風機和泵等機械設備所作用的外力下相對于壁面產(chǎn)生的運動；自然對流則由流體冷、熱各部分的密度差產(chǎn)生的浮力而引起的。顯然強迫對抗的傳熱系數(shù)要比自然對流的傳熱系數(shù)大得多。2、 流體流動的狀態(tài)流體的流動狀態(tài)有層流、紊流及處于兩者之間的過渡狀態(tài)。層流時，由于流體微團平行于壁面有規(guī)則地呈層狀運動，而無橫向脈動，因而沿 壁面法向的熱量傳遞只能依靠分子傳熱。紊流時，流體微團除隨主流向前運動外，還存在強烈的橫向脈動，因而沿壁面法向的熱量傳遞不僅依靠分子的導熱，還依靠流體微團的橫向脈動，并以后者為主。3、 流體的熱物性 對流換熱是流體內(nèi)部導熱和流體微團傳遞能量的復合過程，因此對流換熱系數(shù)與流體本身熱物性參數(shù)中的導熱系數(shù)、比熱、動力粘度、密度相關。4、 換熱壁面的熱狀態(tài) 換熱壁面溫度的大小對換熱系數(shù)的影響有兩種情況，一是足夠高的壁溫使得周圍液體發(fā)生相變，從而造成更復雜的換熱過程，二是壁溫與流體之間大溫差引起的流體內(nèi)部各部分熱物性參數(shù)不同對換熱系數(shù)的影響。5、 換熱壁面的幾何因素換熱壁面的形狀（平面、圓柱），大小及相對于流動方向的位置（垂直、水平）等因素影響流體的流動，從而影響對流換熱系數(shù)。綜上所述，對流換熱系數(shù)是一個和很多因素有關的復雜函數(shù)，即式中 m來流速度；流體動力粘度；c流體的比熱容；流體的密度；流體的熱導率；空間位置坐標；傳熱面幾何特征。影響對流傳熱系數(shù)的因素很多，也很復雜，目前常用相似理論指導下的實驗方法來求得對流換熱系數(shù)。其基本原理為：首先將眾多的影響因素組成較少的幾個相似準則（無量綱參數(shù)），然后通過實驗確定這些相似準則之間的關系式，稱為準則方程。其優(yōu)點在于可靠性較高，但它受到實驗條件及必須與實驗相似等條件的限制，不能任意推廣。在傳熱領域中，常用的相似準則有：雷諾準則表示慣性力與粘性力之比，是表示受迫運動時流體流態(tài)特性的準則。普朗特準則表示動量擴散與熱量擴散之比，是表示物性參數(shù)的準則。格拉曉夫準則表示浮力與粘性力之比，是表示自然對流時流體運動相似的準則。努謝爾準則表示對流換熱量與導熱量之比，是表示對流換熱強度的準則。在相似準則中，由已知物理量組成的準則，稱為定型準則或已定準則，如。而含有未知物理量的，稱為非定型準則或待定準則，如準則。對于穩(wěn)態(tài)的受迫運動，當不考慮自然對流影響時，準則方程式為若為單純自然對流時，準則方程式為這樣，為了求解對流換熱問題，又從求與各物理量間的函數(shù)關系，變?yōu)榍笈c其他準則之間的函數(shù)關系。下面介紹幾種流動狀態(tài)下的對流換熱系數(shù)的求法。1、管槽內(nèi)強制對流換熱（1）層流換熱。當時，換熱實驗關聯(lián)式為（2）紊流換熱。當時，有式中為考慮入口段對表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)影響的入口效應修正系數(shù)，為考慮邊界層內(nèi)溫度分布對表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)影響的溫度修真系數(shù)，為考慮管道彎曲對表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)影響的彎管修正系數(shù)。2、縱掠平板時的強制對流換熱求平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的準則方程為使用范圍為。式中，定性溫度取流體與板的平均溫度。當時邊界層過渡到紊流邊界層，計算平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的準則方程為此式可以用來計算當流體縱掠平板出現(xiàn)混合邊界層時的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。當（為臨界板長） 時，絕大部分平板上的邊界層為紊流邊界層，此時括號中的第一項遠大于第二項，可將第二項舍去。3、旋轉(zhuǎn)圓柱體表面及端部強迫對流換熱在強迫對流條件下，當主軸以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，計算圓柱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的準則方程為使用范圍為。旋轉(zhuǎn)圓柱端部的換熱系數(shù)可以表示為式中為圓柱端部的周向速度。4、電機中轉(zhuǎn)子與定子間的強制對流換熱定、轉(zhuǎn)子氣隙中的溫度場決定于由定、轉(zhuǎn)子所散發(fā)出熱量以及流體運動和熱交換的條件。若沒有對電機進行軸向氣流冷卻，氣隙的雷諾數(shù)可以根據(jù)求得。當定、轉(zhuǎn)子氣隙有局部層流底層的紊流狀態(tài)時，可按照以下式子計算數(shù)：式中：轉(zhuǎn)子外圓半徑，定、轉(zhuǎn)子間的間隙。5、 無限空間自然對流換熱當流體與溫度不同的壁面直接接觸時，在壁面附近的流體由于換熱會產(chǎn)生溫度的變化，進而引起密度的變化。在密度變化形成的浮力驅(qū)動下，流體沿壁面流動，這種流動稱為自然對流，由此產(chǎn)生的換熱過程稱為自然對流換熱。大空間自然對流換熱的準則方程可整理成式中系數(shù)c和系數(shù)n的值可根據(jù)不同情況下的準則方程中取定。對于層流，豎平壁當，對于紊流，豎平壁當，對于水平方向放置的平板，經(jīng)過實驗得到準則方程為： 熱面朝上：當（層流），當（紊流），熱面朝下：當（層流）， 當流體溫度變化不大時，以上各式中定性溫度采用平均溫度，定型尺寸l：在豎平壁時取其高度h，在水平放置時取板的寬度b（即其較短的一邊的邊長）。（三）輻射換熱輻射是物體以電磁波方式向外傳遞能量的過程，被傳遞的能量稱為輻射能，因熱的原因而發(fā)生的輻射，稱為熱輻射。在熱輻射過程中，物體把它的熱能不斷地轉(zhuǎn)換成輻射能。只要物體的溫度不變，其發(fā)射的輻射能的熱量也不變。此外，任何物體向外發(fā)出輻射能的同時，還在不斷地吸收周圍其他物體發(fā)出的輻射能，并把吸收的輻射能重新轉(zhuǎn)換成熱能。輻射換熱是物體之間的相互輻射相吸收過程的綜合結(jié)果。當物體和周圍環(huán)境的溫度較低且相差不大時，可以忽略輻射換。二、溫度場的求解要確定工藝系統(tǒng)的熱變形，必須首先要確定其溫度分布，而溫度場的確定，則需要根據(jù)熱傳導理論建立起來的導熱微分方程及單值性條件來決定。（一）導熱微分方程的建立及邊值條件建立導熱微分方程時，通常以傅里葉定律和能量守恒定律為依據(jù)，選取微元平行直角六面體，建立能量守恒關系式為：導入微元體總熱量+內(nèi)熱源發(fā)熱量=導出微元體總熱量+微元體內(nèi)能增加量直角坐標系中三維非穩(wěn)態(tài)導熱微分方程為式中為熱擴散系數(shù)，為內(nèi)熱源發(fā)熱率。當工程中遇到圓柱體或球體的導熱問題時，可使用圓柱坐標系或球面坐標系得出導熱微分方程，這樣可簡化計算過程。直角坐標與圓柱坐標系相互關系為圓柱坐標系中的三位非穩(wěn)態(tài)導熱微分方程為直角坐標與圓柱坐標系相互關系為球面坐標系中的三位非穩(wěn)態(tài)導熱微分方程為上述導熱方程，是根據(jù)一般規(guī)律推導出來的，代表無數(shù)批次具有不同特點的導熱現(xiàn)象的共同規(guī)律，可通過數(shù)學方法都可獲得相應的通解。然而在解決實際工程問題中，在滿足共同共同規(guī)律的同時，還有滿足一些附加條件，稱這些附加條件為單值性條件。在已知幾何形狀與物體的物理性質(zhì)條件下，單值性條件主要就是起始條件與邊界條件，又稱之為定解條件。初始條件又稱為時間條件，它表征時間t=0時物體內(nèi)部的溫度分布情況。一般表示為導熱過程中的邊界條件是指物體表面與周圍介質(zhì)之間相互熱作用的規(guī)律，或者說導熱體邊界在傳熱過程中的特點，一般由三種方式給出。第一類邊界條件規(guī)定了已知物體表面溫度值，即第二類邊界條件規(guī)定了邊界上的熱流密度值，即式中為導熱系數(shù)。第三類邊界條件規(guī)定了已知物體的邊界與周圍流體之間的換熱系數(shù)及周圍流體的溫度，即（二）溫度場的求解根據(jù)物體的實際初始條件和邊界條件，求解導熱微分方程，理論上可以得到物體溫度場的解析解，但這在數(shù)學上是個難題，特變是形狀復雜的零件無法用解析法求解函數(shù)。在工程實際運用中，對于平面問題，常用差分法或有限元法，而對于空間問題，多用有限元法求解。1、 解析法解析法是一種精確的解法，對于由泛定微分方程的邊值條件所組成的定解問題，在一定條件下，有可能以數(shù)學解析的方法求解解析解。它的特點是物理概念和數(shù)學推理嚴密，函數(shù)中包含了影響溫度場的全部因素。但是精確解有其局限性，目前它只適用于形狀簡單、導熱規(guī)律不太復雜的問題，對于某些發(fā)展的導熱問題，則很難或者根本不能得出精確解，而只能求助于數(shù)值解，如床身、底座等復雜構件。用解析法求解問題之前需要把握兩個問題。一是簡化問題，機械加工、儀器測量及機械設備中使用的熱傳導問題，其實際情況大多數(shù)是相當復雜的，而在計算中所使用的公式卻是由單純理想化的傳熱學模型推導得到的，所以在滿足精度的前提下，根據(jù)問題的主要矛盾選取恰當?shù)暮喕Ｐ陀欣趩栴}的解決。二是邊界條件的確定，關系到方程的特解能否反映實際情況、能否解決實際問題，將理論分析和實驗結(jié)果相比較，可以反復修正邊界條件，直到所定邊界條件較為符合實際情況。2、 數(shù)值法數(shù)值計算是將描述物理現(xiàn)象的微分方程在一定的網(wǎng)格系統(tǒng)內(nèi)離散，用網(wǎng)格節(jié)點處的場變量值近似微分方程中所表示的數(shù)學關系，按一定的物理定律或數(shù)學原理構造與微分方程相關的離散代數(shù)方程組。引入邊界條件后求解離散代數(shù)方程組，得到各網(wǎng)格節(jié)點處的場變量分別，用這一離散的場變量分布近似代替原微分方程的近似解，所得到一系列離散的溫度值。如機床床身、底座這樣形狀不規(guī)則、邊界條件復雜的物體導熱問題，以嚴格的解析法求解其溫度場是不可能的，這時就可以采用數(shù)值法。當前求解傳熱問題的數(shù)值計算方法比較多，有有限元法、邊界元法、有限差分法、有限體積法等,每種數(shù)值計算方法都有各自的特點和各自的適用范圍。三、熱變形與熱應力當彈性體的溫度發(fā)生改變時，它的各個微小部分將隨著溫度的升高或降低而趨于膨脹或收縮。但是，在外在約束以及體內(nèi)各部分之間相互約束作用下的彈性體，其膨脹或收縮便不能自由的發(fā)生。于是在產(chǎn)生熱變形的同時，還會伴隨著產(chǎn)生熱應力，即所謂變溫應力。一定的變溫在某種約束條件下導致一定的相應的變溫位移(熱變形)及變溫應力(熱應力)。為了討論熱變形及熱應力，首先對熱膨脹、熱應變及熱應力作一個簡要的介紹，并說明三者之間的相互關系。（一）熱膨脹與熱應變假設有一個邊長為l的各向同性的立方體，因受熱而均勻膨脹，所以其長、寬、高將產(chǎn)生同樣的伸長量。各邊的伸長量和溫度的改變符合下列關系，即式中分別為初始溫度、終結(jié)溫度和隨溫度變化的線膨脹系數(shù)。一般在溫度變化不太大時，的變化也不大，這時可以近似為一個常數(shù)，因此式2.8可寫成假設長為l，直徑為d的圓柱棒，初始溫度、終結(jié)溫度及線膨脹系數(shù)分別為，這時長度伸長量的大小與原始長度l有關，難以反映在該方向上的變形程度。為了消除原始長度的影響，取比值表示長度方向上單位長度受熱后的伸長，稱為熱應變。（二）熱應力若物體的所有纖維皆能自由膨脹或收縮，則溫度變化不產(chǎn)生任何應力。然而，在一連續(xù)體內(nèi)，這樣的膨脹或收縮通常不能自由地進行，因而物體內(nèi)產(chǎn)生了應力。另外加在物體上的阻礙膨脹或收縮的外加約束，也使物體產(chǎn)生應力，這些應力都稱之為熱應力。1） 細長桿在全約束情況下的均勻熱應力 全約束熱應力是指物體因溫度場變化引起的熱變形量完全被約束，即熱變形量為零時物體內(nèi)產(chǎn)生的熱應力。桿的長度為l，因溫度場的變化而產(chǎn)生的熱應力為，式中e為彈性模量，若為正值，則桿受拉應力，若為負值，則桿受壓應力。2） 細長桿在部分約束情況下的均勻熱應力若一桿的膨脹或收縮只是部分地被約束，則式(3.4)可寫成式中k表示約束系數(shù)。（三）彈性力學基本方程研究熱效應，除了研究熱力學、傳熱理論的知識，還要涉及到材料的彈性變形。在許多情況下，根據(jù)傳熱學知識解出溫度場后，根據(jù)彈性力學知識，可以求解應力、應變和位移。為了使建立的模型滿足客觀實際和工程的需求，又便于用數(shù)學方法進行有效的處理，做出以下四個基本假設。1） 連續(xù)性假設認為物體在其整個體積內(nèi)毫無空隙地充滿了物質(zhì)，其結(jié)構式密實的。2） 均勻性假設認為物體內(nèi)取出的任一部分，其力學方面的性能都是完全一樣的。3） 各項同性假設認為材料沿各方向的力學性能相同4） 小變形假設認為形體的變形很微小，保證構件在彈性變形范圍內(nèi)，其應變應力滿足胡克定律。在滿足以上假設的前提下，從靜力學、幾何學、物理學三個方面列出彈性力學基本方程。1. 靜力學方面平面問題中表明應力分量與體力分量之間的關系式，即平衡微分方程為這兩個微分方程中包含三個未知量，因此決定應力分量的幾何問題是靜不定的，必須考慮形變和位移才能解決。2. 幾何學方面在平面問題中表明形變分量和位移分量之間的關系式，即幾何方程的簡化形式為通過方程（3.6）和（3.7）可知，物體的形變分量和位移分量尚且不能完全確定，需要考慮兩者之間的關系。3. 物理問題平面問題的物理學方面，為形變分量與應變分量之間的關系式，即廣義胡克定律式中，g為剪切模量，e為彈性模量，為泊松比，它們之間滿足若研究問題屬于平面應力問題，則有，若研究問題為平面應力問題，則有。上述基本方程的數(shù)目恰好等于未知數(shù)的個數(shù)，因此在適當?shù)倪吔鐥l件下，可以求解處未知數(shù)。 熱彈性力學是在彈性力學的基礎上發(fā)展起來的一個分支，因此對熱彈性力學問題的求解，在不考慮耦合效應時，需要滿足彈性力學的基本假設。由于彈性體內(nèi)變溫為t，其內(nèi)各點的微小長度，如果不受約束，將發(fā)生的正應變，在各向同性材料中，它不隨方向而改變，即正應力在所有方向上都相同，因此就不伴隨任何剪應變。這樣，彈性體內(nèi)各點的形變分量為由于彈性體所受的外在約束以及體內(nèi)各部分之間的相互約束，使自身形變并不能發(fā)生，于是體內(nèi)產(chǎn)生熱應力，而蓋熱應力又將由于物體的彈性引起附加的變形，則總的變形分量為一般情況下，給出溫度分布的同時借助一些特殊方法，求解上述微分方程組，就可得到熱彈性力學的應力分布、應變和位移。四、機床熱態(tài)特性測試及其控制機床受內(nèi)、外熱源及切削熱的影響，而發(fā)生幾何精度、運動精度的變化，造成機床加工精度的不穩(wěn)定。對機床熱態(tài)特性的深入認識，必須掌握熱變形規(guī)律及其機理，而研究探索這些規(guī)律和機理，主要有實驗研究與理論分析這兩個相輔相成的方法。試驗研究是對事物進行客觀的、正確性的感性認識，它通過測試建立各種物理量的關系，而獲得表征各種物理現(xiàn)象及生成過程的大量參數(shù)，將這些大量的試驗參數(shù)進行分析、研究并發(fā)現(xiàn)其變化規(guī)律，從而達到控制的目的。（一）熱態(tài)特性參數(shù)的基本概念及測試方案1、 機床熱態(tài)特性參數(shù)的內(nèi)容及概念溫度（t）各測點的實測溫度。室溫（t0）試驗時，機床周圍附近的環(huán)境溫度。溫升（t）各測點實測溫度值減去當時的室溫值。熱平衡溫度（tc）機床空運轉(zhuǎn)到達規(guī)定溫度梯度時的溫度。熱平衡溫升（tc）機床空運轉(zhuǎn)到達規(guī)定溫度梯度時的溫升值。實驗延續(xù)時間（）機床按試驗規(guī)范條件下運轉(zhuǎn)的時間。線位移（t）被測物體受溫升影響而產(chǎn)生的相對位置變化。2、溫度及熱變形測試溫度這一參數(shù)只能根據(jù)物質(zhì)的某些特性與溫度之間的函數(shù)關系而獲得，按照測量方式可分為接觸式與非接觸式兩種方法。接觸式測溫是指測溫元件或儀器的感溫部位直接與被測物體解出，在足夠長的時間內(nèi)，使感溫部位與被測點達到熱平衡而實現(xiàn)溫度測量。非接觸式測溫是利用物體的輻射特性（或其他特性），通過對輻射能量的檢測，而測溫元件或儀器不接觸被測物體實現(xiàn)溫度測量。其特點為：讀數(shù)精度一般較低、不影響被測物體溫度分布、適宜作高溫測試、動作測量反應快、可檢測運動件等。機床熱變形，是隨機床溫升變化而變化的一個歷經(jīng)數(shù)小時的緩慢過程，但其變化一般是“準靜態(tài)”的。在機械工業(yè)中，靜態(tài)測量位移的儀器，一般都可以應用到機床熱位移測量中。機床熱態(tài)特性測試的目的是獲得反映該機床熱態(tài)特性參數(shù)，并根據(jù)其參數(shù)對機床進行分析和綜合簡評，評價機床的總體結(jié)構設計的合理性及機床內(nèi)部質(zhì)量水平，為改善機床熱態(tài)特性提供方向性意見，為新產(chǎn)品的發(fā)展和老產(chǎn)品的更新?lián)Q代提供充分的科學依據(jù)。為了獲得能準確反映機床熱態(tài)特性的參數(shù)，在試驗測試之前，應當設計好試驗方案及試驗條件，并有針對性地選擇測試點。（二）機床熱態(tài)加工精度的控制 為了改善機床熱特性，減少和防止熱變形，多年來人們從實踐中探索出許多有效的措施。例如，減小熱源的發(fā)熱量，增大散熱面積，強迫冷卻，使熱量盡量避免傳入直接影響情度的零部件，使溫度均勻分布，采用熱對稱結(jié)構，以及使用補償方法等。尤其是近年來隨著計算機技術、數(shù)控技術、傳感技術的發(fā)展，熱變形補償控制技術在提高機床熱態(tài)幾何精度方面，取得了令人滿意的效果。 縱觀國內(nèi)外改善和控制機床熱變形的措施，可以或總?cè)鐖D4-1所示的框圖。工作機床處于一個大系統(tǒng)中，而該系統(tǒng)又可分為內(nèi)外兩個子系統(tǒng)?？刂频哪繕酥凳菧p少或穩(wěn)定機床熱變形。下面分分別討論之。系統(tǒng)控制目標值 外部系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)機床結(jié)構設計改善強制冷卻控制溫升輔助熱源加工前穩(wěn)定、加工中自動控制數(shù)控補償技術補充減少或穩(wěn)定機床熱變形互相 作用補充環(huán)境溫度控制圖4-1 改善和控制機床熱態(tài)變形的系統(tǒng)框圖1、改進機床機構設計1）采用熱對稱結(jié)構，把保證加工精度所必須的基準點布置在熱對稱面附近，使機床熱變形對加工精度影響最小2）分離內(nèi)部熱源，減少運動件摩擦發(fā)熱，在設計新型機床時，應盡可能把電機、液壓泵、變速箱等熱源從機床主休中分離出去。對不能分離的熱源(如主軸軸承、絲桿副離合器)，則從結(jié)構和潤滑方面改善摩接特性、減少發(fā)熱。機床加工時，熱切屑落在工作臺或床身上，也是一個不可忽視的熱源主要采取隔熱板，并且立即排除鐵屑；或在機床上保留一層冷卻屑，起隔熱作用。別冷卻液作為“二次熱源”在機床上亂流，也會造成機床熱變形。因此，設計機床時要考慮到切削液的影響。3）采用非金屬材料，由于非金屬材料如陶瓷具有較高的熱彈性率、不變形、熱膨脹系數(shù)低、耐腐蝕、硬度高、精度保持特性好、比重小等特點，開始運用于機床部件的制作。有的機床生產(chǎn)商利用相變材料的潛熱特性，實現(xiàn)恒溫機床立柱。2、