冯伟，张祥雷，吕颖

（厦门大学物理与机电工程学院，福建厦门 361005）

0 引言

高效和高精度是现代制造业的重要特征，发展高效高精度的数控机床是世界各国制造业都在努力的目标。五轴数控工具磨床作为一种制造精密、复杂形状刀具的关键工艺装备，对于机床的加工精度提出了更高的要求。一般来说，影响数控机床精确度的因素主要有几何误差、热误差及力误差等［1］。研究表明，由于机床热变形造成的热误差占到了机床总误差的40%～70%［2］。因此，对于五轴数控工具磨床而言，如何有效的控制机床的热变形是必须要解决的一个关键问题。

1 机床热源分析

图1 是一台五轴数控工具磨床的简化模型，该机床由床身、卧式回转工作台、立式回转工作台、头架、尾架、高精度两坐标直线工作台、砂轮架、修整器等部件组成，经分析其主要热源是磨床的磨头、直线电机和液压系统。

图1 五轴数控工具磨床简化模型

2 机床热变形及对加工精度的影响

机床工作时在内外热源的影响下，其各部分温度将发生变化，由于热源的不均匀分布和机床结构的复杂性，机床各部件将产生不同程度的热变形，从而引起加工精度的下降［3］。

图1 中砂轮轴电机、轴承产生的热量会使砂轮主轴产生热膨胀，造成主轴的轴向伸长。主轴的热伸长，会直接造成磨削刀片的径向尺寸误差。磨头前后轴承发热不均，使得磨头前面高于后面，从而造成刀片的几何形状误差。磨床的头架经过一段时间的运转而发热，会造成头架的变形。……