[4] Mitsuishi M, Warisawa S, et al, (2001) Development of an Intelligent High- Speed machining Center. Annals of the CIRP   50(1):275–278.

[5] Jedrzejewski J (1990) Numerical Optimization of Thermal Behavior of Machine Tools. Annals of the CIRP    39(1):379–382.

[6] Shimizu S, Ooi G, Yagyu S (2006) New Measuring Method for Thermal Deviation Caused by Liner Axis Motion in Multi-Task Machine, JSME International Journal Series. The Japan Society of Mechanical Engineers   49(2):316–321.

[7]  Taguchi G (1993) Taguchi on Robust Technology Development: Bringing Quality

Engineering Upstream.   ASME Press.

[8] Mizuguchi H, Iwakiri M, Shinno H (2008) In-process Measurement of Spindle Center Transition in NC Lathe During Machining. International Symposium On Flexible Automation, JS021, . 

摘要 本文主要研究减少和补偿高精度数控车床热位移的方法，并提出了一种主轴箱结构的有效设计和优化方法，这种设计使数控车床主轴中心位置的热位移达到最小化。 与现有的经验方法相比,该方法节省了大量开发时间和成本。 田口（Taguchi）方法和有限元分析（FAE）方法被用于识别最优主轴箱结构。 根据实际评估主轴箱中主轴中心过渡的优化结果。该方法通过验证，得到确认。

关键词：热误差；设计方法；精度

1.介绍

    随着现代制造加工精度的要求不断提高，高精度数控车床的需求极剧增加。热变形对加机床精度有重要的影响。大量研究都在探讨这个话题。然让大部分研究并没有获得什么好的实践结果。

关于热变形研究进程主要可以概括为以下：

Moriwaki and Shamoto 提出通过使用温度传感器建立热补偿的方法来抵消热位移。[1].

Brecher and Hirsche在这项工作的基础上，控制内在数据（例如进给速度，主轴转速等），扩展了研究成果。[2].

Spur等人使用非金属材料(如碳纤维增强塑料)来抑制热位移[3].来!自~优尔论-文|网www.youerw.com

Mitsuishi等人应用有限元法(FEM)分析轴承预加载和铸件形状优化以减少位移。[4].

Jedrzejewsk热变形的反馈到热致动器，通过fin/fan耦合热致动器的应变进行热补偿[5]

 Shimizu 等人开发出了一种评估机床完全热变形的算法，这种算法把热变形和涡流位移传感器的数据联系起来。[6].

    大部分机床制造商采用的方法使用温度传感器的信息或内部NC控制器估计热位移,进行补偿。对于数控车床,热位移通常是受机结构、环境温度、热源的状态(伺服电机或加工热),气流和冷却剂使用等等的影响。并且，估计热位移涉及这些参数复杂的相互作用，因此需要大量的组合实验。虽然对于各轴线性热变形的补偿精确度很高，但变形总是伴随着扭曲或弯曲，这使得补偿精度急剧下降。

开发一个新的数控车床需要同时修改现有的机器结构和实践经验，这往往是费时和费钱的。

    本文将提出一种数控机床主轴箱的新型设计方法，使得车床避免因随机温度偏差而产生热变形。结合田中方法（Taguchi method）[7]和CAE分析，根据设计结果，确定数控车床主轴以及主轴箱结构，并基于设计结果制造出来。并对热变形进行评估，以证明所提出的方法的效率。

2.主轴箱结构与热位移测量

    图1显示了数控车床主轴的内部结构与零件参数和环境变量的关系。我们的目标是设计一个主轴热位移集中在Y轴上而不是X轴的结构，因为在对直径的直接影响上，Y轴的热误差明显小于X轴 方向上的热误差。 热源集中在前轴承壳、后轴承壳和电机。