工具機結構熱平衡基礎技術

前言：熱誤差是超精密加工機最主要的誤差來源，而在切削加工過程中所產生的溫昇造成的熱變位往往使得加工精度降低及品質不佳。由於近來精密模具、生醫應用、消費性電子…等產業之精微加工需求，溫度變異對於機台精度之影響更是不容忽視，發展有效且可靠的熱誤差因應技術，已是成為主要課題。本文主要針對目前國內工具機精度穩定性不佳之問題，由溫升與熱誤差觀點，探討與發展維持長期精度穩定性工具機結構熱平衡設計基礎技術之方法。

工具機結構熱平衡技術，主要針對工具機本身的內外部熱源，如馬達、主軸、軸承、螺桿、螺帽、軌道、或是周邊裝置等，均具有妥善的配置設計或抑制規劃，讓工具機結構本身可維持穩定且平衡的工作狀態，以保持高精度與高穩定的加工表現。近幾年的國際工具機大展（2008~2016年/JIMTOF、EMO、IMTS、TIMTOS），不少研發超精密工具機的標竿廠（日本YASDA、Makino、Roku Roku、Sodick以及德國Kern、Röders等）著墨於熱源的抑制、甚至是溫度管理技術的展現，圖1為Makino熱平衡技術對策。其目的即是對應高精度、高穩定、與高耐久性的使用需求。超精密加工設備，其主要的結構特色即為高剛性與高穩定特性，因此，對於結構溫升變化的熱對稱性訴求、或是結構溫升的主動抑制需求，藉由直接或間接減少溫度變化對於結構精度影響的手段，已是基本且必須的設計考量要素。
影響工具機加工精度主要可分為三大類：

1.機械因素：主要包括機器結構與其元件本身的靜態幾何誤差與動態熱誤差、以及進給軸伺服控制誤差機械因素等，其佔精度誤差貢獻90%以上。