｜CNC內嵌式熱變形補償技術研究

摘要：現代工業的不斷發展，使得製造業對機械產品的要求愈來愈高，機械零件的精度取決於機台的加工精度，因此提高機台的加工精度顯得尤其重要。機台的誤差主要有幾何誤差、熱誤差和切削力誤差等，其中熱誤差佔機台總誤差的40％～70％左右，熱誤差是影響機械精度最重要的因素之一，機台內部和外部的熱源的熱干擾導致機台的熱變形。工具機高精度化的關鍵技術主要在於熱變位誤差的控制。在進行切削時，因熱效應造成機體之膨脹或刀具熱伸長而形成了熱變位，此一效應造成刀具與工件的相對應位置發生變化，而引起加工尺寸或形狀的偏差。傳統的改善方法有使用絕熱材料、熱平衡設計及加裝冷卻裝置等，雖然成效不錯，卻也大幅增加製造成本。而且研發花費時間較長，相對的喪失了快速與彈性之競爭力。因此溫升熱補償控制技術，也就是以軟體及控制模組來進行補償改善。此種方式可大幅縮短熱變位誤差改善的研發時程，更可因應多樣化、專用產品精度的要求，提昇產品品質與國際市場之競爭力，並可增加機台之附加價值。。

Abstract: The continuous of develop of the modern industrial make the manufacturer of higher expectation in machining center product. Mechanical parts accuracy determined by machining center processing accuracy, therefore that is important to improve machining center processing accuracy. The major error of the machine is geometric error, thermal error and cutting force error etc. Thermal error is about 40-70% of total error of machine, so thermal error is one of the most important factors to influence machine accuracy. The internal and external heat source of the machining center caused the thermal deformation of the machine. The thermal displacement error control is one of the key technologies of precision machine tools. Machine body expansion or cutting tool extension because thermal effect, make the accuracy position changed between cutting tool and working part, causing deviation of processing tolerance or shape error of the parts. Traditionally the method to improve thermal error is using the heat insulation material, thermal equilibrium design and Installation of cooling device, although it can improve the accuracy of the machine, but increase in manufacturing costs. Losing fast and flexible competitive because take more time to do research and development. Therefore the thermal distortion compensation can significantly shorten development time to improvement of thermal distortion error. And it can satisfy the accuracy requirements of diversification or Special products. Enhance product quality and international competitiveness of the market, and to increase the added value of the machine.

關鍵詞：工具機、多變數線性迴歸分析、熱變形補償

Keywords：Machine Tool, Multivariate Linear Regression Analysis, Thermal Deformation Compensation

前言
熱變形一直是工具機加工誤差最主要的來源，隨著機械加工自動化和高精度化的發展，工具機的熱變形問題日益成為關注的焦點，工具機在內外熱源的影響下，各部件將發生不同程度的熱變形，使工件與刀具之間的相對運動關係遭到破壞，也使工具機精度下降。在通常情況下，為了使工具機的熱變形達到穩定，需要花費很多時間來預熱，直接影響了工具機的生產率。對於數控工具機來說，因為全部加工尺寸是由預先編制的指令控制的，熱變形的影響就更為嚴重。

工具機的溫度並非穩定不變，而是有複雜的變化。在進行加工時，其溫度上升；加工結束後停機時，溫度則下降。加工另一批工件時，溫度又上升；加工結束停機時，溫度再次下降。再以環境溫度而言，有日夜週期性的溫度變化、也有春、夏、秋、冬四季的交替變化。熱亦會經由熱傳導、熱對流和熱輻射等傳遞方式，使工具機各部位產生溫度差，出現熱變形現象，降低工具機的幾何和定位精度。