1 问题的提出
图1 实验情况
图2 直线度测量结果曲线
2 原因分析
t/min
T/℃
3 解决的方法
- 采用精密控温油箱。超精密加工领域的液体静压轴承，必须使用冷却控温油箱，控制油的温度是限制轴承发热，保证加工精度的基本手液压主轴的温度变化与超精密加工的基本手段。目前，国内的控温油箱，通常控温精度能够达到1℃或0.5℃，而作为超精密加工，要求其控温精度越高越好。本机采用的是控温精度20℃±0.1℃的精密油箱，较好地控制了机床回油的发热，阻断了油液在循环过程中的连续升温。
- 但是，由于轴承间隙内的油液仍然存在着摩擦、挤压、剪切作用，油液不可避免地要发热，使得进出油口存在较大温差，它仍然能传给主轴，导致主轴的温升而严重地影响加工精度。
- 但是，由于轴承间隙内的油液仍然存在着摩擦、挤压、剪切作用，油液不可避免地要发热，使得进出油口存在较大温差，它仍然能传给主轴，导致主轴的温升而严重地影响加工精度。
- 增加主轴系统的热刚性。主轴油液的发热在所难免，但如果采用低膨胀系数的材料，则可将主轴的发热变形减小。目前已知的低热膨胀系数材料有铟钢、石英，还有热膨胀系数接近于零的玻璃陶瓷和复合材料等。用超级铟钢作主轴材料，其热膨胀系数为6×10-7/℃，是普通钢材的1/20。采用新材料制作高热刚性的主轴，正在受到重视。
- 改变轴承的布置。在轴承的设计中，合理布置端面止推轴承的位置，使其尽可能靠近加工表面，因为主轴的变形伸长是以端面止推轴承为起点的。缩短它与加工表面的距离，可以改变变形计算公式中的长度因数，因而变形减小。但这种改进受到机床布置和轴承结构的限制。
图3 冷却槽
4. 对主轴采用冷却系统。为了控制主轴发热变形，可以在主轴上设置另外的冷却系统。比如，在主轴上开冷却槽，通过外接循环冷却系统使主轴保持恒温。图3为带冷却槽的研磨盘，冷却液通过时，可以使研磨过程的发热及主轴的发热得到控制。也可以在主轴外部对其进行喷淋定温，直接保证加工过程及主轴乃至机床整体的温度恒定。美国LLNL实验室开发的金刚石车床DTM-3用恒温油喷淋，油温变化控制在20℃±0.0025℃以内，以1.5m3/min流量喷淋机床与工件，有效地消除了热影响。
5. 针对主轴发热不能很好控制的情况，采用适当的控制工艺过程的措施，也有可能达到较高的加工精度。为了消除温度对加工精度的影响，可以使机床在工作转速长时间定温，然后切削加工，经过长期定温后，各部件达到热平衡，变形趋于稳定，再行加工可获得较高的精度，图4为机床经半小时定温后车削加工获得的数据，其误差为1.2µm,切削直线度在预计范围之内，机床定温是在较低的技术保证前题下实现精密加工，超精密加工常用的方法，图4定温加工后直线度测量曲线。
图4 定温加工后直线度测量曲线
4 结论
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