【正文】 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 專題 4 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度 的影響及誤差統(tǒng)計(jì)分析 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 目錄 ? 一、概述 ? 二、工件熱變形對加工精度的影響 ? 三、刀具熱變形對加工精度的影響 ? 四、機(jī)床熱變形對加工精度的影響 ? 五、減少工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度影響的措施 ? 六、誤差統(tǒng)計(jì)分析 ? 附錄：誤差分析的 MATLAB實(shí)現(xiàn) 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 一、概 論 ? 概念 ? 工藝系統(tǒng)的熱源 ? 工藝系統(tǒng)的熱平衡和溫度場 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 概念 ： 在機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)會受到各種熱的影響而產(chǎn)生變形，一般稱為 熱變形 。 ?這種變形將破壞刀具與工件的正確幾何關(guān)系和運(yùn)動關(guān)系，造成工件的加工誤差。 ?熱變形對加工精度影響比較大，特別是在精密加工和大件加工中，熱變形所引起的加工誤差通常會占到工件加工總誤差的 40％～ 70％ 。 一、概 論 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 *****工藝系統(tǒng)熱變形不僅影響加工精度，而且還影響加工效率 因?yàn)闉闇p少受熱變形對加工精度的影響，通常需要： ?預(yù)熱機(jī)床以獲得熱平衡； ?或降低切削用量以減少切削熱和摩擦熱； ?或粗加工后停機(jī)以待熱量散發(fā)后再進(jìn)行精加工； ?或增加工序（使粗、精加工分開）等等。 ?目前，無論在理論上還是在實(shí)踐上都有許多問題尚待研究解決。 一、概 論 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 工藝系統(tǒng)的熱源 ?熱的傳遞方式 熱總是由高溫處向低溫處傳遞的。熱的傳遞方式有三種： ?傳導(dǎo) ?對流 ?輻射 一、概 論 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 一、概 論 熱傳導(dǎo) 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 一、概 論 熱對流 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 一、概 論 熱輻射 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 引起工藝系統(tǒng)變形的熱源可分為 : –內(nèi)部熱源 主要指切削熱和摩擦熱，它們產(chǎn)生于工藝系統(tǒng)內(nèi)部，其熱量主要是以熱傳導(dǎo)的形式傳遞的。 –外部熱源 主要是指工藝系統(tǒng)外部的、以對流傳熱為主要形式的環(huán)境溫度（它與氣溫變化、通風(fēng)、空氣對流和周圍環(huán)境等有關(guān)）和各種輻射熱（包括由陽光、照明、暖氣設(shè)備等發(fā)出的輻射熱）。 一、概 論 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 內(nèi)部熱源 :切削熱 ? 切削熱是切削加工過程中最主要的熱源 ? 對工件加工精度的影響最為直接 ? 在切削（磨削）過程中，消耗于切削層的彈、塑性變形能及刀具、工件和切屑之間摩擦的機(jī)械能，絕大部分都轉(zhuǎn)變成了切削熱。 一、概 論 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 影響切削熱傳導(dǎo)的因素 ?切削熱 Q（ J） 的大小計(jì)算 式中 Pz 主切削力（ N） v切削速度（ m／ min） t切削時(shí)間（ min） vt P Q z ? 影響切削熱傳導(dǎo)的主要因素：工件、刀具、夾具、機(jī)床等的材料的 導(dǎo)熱性能 ，以及周圍介質(zhì)的情況。 若工件材料熱導(dǎo)率大，則由切屑和工件傳導(dǎo)的切削熱較多； 若刀具材料熱導(dǎo)率大，則從刀具傳出的切削熱也會較多。 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 各類切削加工方法熱傳導(dǎo)情況 ?車削，切屑所帶走的熱量最多，可達(dá) 50％～ 80％（切削速度越高，切屑帶走熱量占總切削熱百分比就越大），傳給工件熱量次之（約 30％），傳給刀具的熱量很少，一般不超過 5％ ?銑、刨削加工，傳給工件熱量在總切削熱的 30％以下 ?鉆削和臥式鏜孔，大量的切屑滯留在孔中，傳給工件的熱量就比車削時(shí)要高 ?磨削時(shí)磨屑小，帶走的熱量也少（約為 4％），大部分熱量（ 84％左右）傳入工件，使磨削表面的溫度高達(dá) 800～ 1000℃ 左右，磨削熱既影響工件的加工精度，又影響工件的表面質(zhì)量。 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 內(nèi)部熱源 :摩擦熱 工藝系統(tǒng)中的摩擦熱，主要是機(jī)床和液壓系統(tǒng)中運(yùn)動部件產(chǎn)生的，如電動機(jī)、軸承、齒輪、絲杠副、導(dǎo)軌副、離合器、液壓泵、閥等各運(yùn)動部分產(chǎn)生的摩擦熱。 摩擦熱比切削熱少，但摩擦熱在工藝系統(tǒng)中是 局部發(fā)熱，引起局部溫升和變形 ，破壞了系統(tǒng)原有的幾何精度，對加工精度也會帶來嚴(yán)重影響。 一、概 論 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 外部熱源 如： –需要晝夜連續(xù)加工時(shí) ， 晝夜溫度不同 ， 引起工藝系統(tǒng)的熱變形就不一樣 ， 從而影響了加工精度 –照明燈光 、 加熱器等對機(jī)床的熱輻射 ， 往往是局部的 ， 日光對機(jī)床的照射不僅是局部的 ，而且不同時(shí)間的輻射熱量和照射位置也不同 ，因而會引起機(jī)床各部分不同的溫升和變形 ，這在大型 、 精密加工時(shí)尤其不能忽視 。 一、概 論 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 工藝系統(tǒng)的熱平衡和溫度場 一、概 論 工藝系統(tǒng)受各種熱源的影響，其溫度會逐漸升高。同時(shí)，它們也通過各種傳熱方式向周圍散發(fā)熱量。 熱 平 衡 ? 當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)傳入和散發(fā)的熱量相等時(shí)，工藝系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。 ? 而工藝系統(tǒng)的熱變形也就達(dá)到某種程度的穩(wěn)定。 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 一、概 論 溫度場 穩(wěn)態(tài)溫度場 熱平衡 物體中各點(diǎn)的溫度 分布稱為 溫度場 , T=f( x , y, z ,t ) 當(dāng)物體未達(dá)熱平衡時(shí)，各點(diǎn)溫度不僅是坐標(biāo)位置的函數(shù)，也是時(shí)間的函數(shù)。這種溫度場稱為 不穩(wěn)態(tài)溫度場 物體達(dá)到熱平衡后，各點(diǎn)溫度將不再隨時(shí)間而變化，只是其坐標(biāo)位置的函數(shù)。這種溫度場稱為 穩(wěn)態(tài)溫度場 不穩(wěn)態(tài)溫度場 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 一、概 論 機(jī)床在開始工作的一段時(shí)間內(nèi)，其溫度場處于不穩(wěn)定狀態(tài)，其精度也是很不穩(wěn)定的，工作一定時(shí)間后，溫度才逐漸趨于穩(wěn)定，其精度也比較穩(wěn)定。 因此， 精密加工應(yīng)在熱平衡狀態(tài)下進(jìn)行。 在生產(chǎn)中，必須注意 : 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 二、工件熱變形對加工的影響 （一）概述 （二）工件比較均勻受熱 （三）工件不均勻受熱 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 （一）概述 ? 在工藝系統(tǒng)熱變形中，機(jī)床熱變形最為復(fù)雜，工件、刀具的熱變形相對來說要簡單一些 ? 使工件產(chǎn)生熱變形的熱源，主要是 切削熱 。 對于精密零件 ， 周圍 環(huán)境溫度 和局部受到日光等 外部熱源 的輻射熱也不容忽視 。 二、工件熱變形對加工的影響 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 二、工件熱變形對加工的影響 (二 )工件均勻受熱 對于一些形狀簡單、對稱的零件，如軸、套筒等，加工時(shí)（如車削、磨削）切削熱能較均勻地傳入工件，工件熱變形量可按下式估算： △ L=αL△ t 式中 α—— 工件材料的熱膨脹系數(shù)，單位為 1/℃ ； L—— 工件在熱變形方向的尺寸，單位為 mm； △ t—— 工件溫升，單位為 ℃ 。 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 均勻熱變形對工件加工精度要求的影響 ? 加工盤類和長度較短的銷軸、套類零件時(shí)，由于走刀行程很短，可以忽略 ? 車削較長工件時(shí)，由于溫升逐漸增加，工件直徑隨之逐漸脹大，因而車刀的背吃刀量將隨走刀而逐漸增大，工件冷卻收縮后外圓表面就會產(chǎn)生圓柱度誤差 ? 當(dāng)工件以兩頂尖定位，工件受熱伸長時(shí)，如果頂尖不能軸向位移，則工件受頂尖的壓力將產(chǎn)生彎曲變形，對加工精度產(chǎn)生影響。宜采用彈性或液壓尾頂尖。 二、工件熱變形對加工的影響 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響 ?一般，工件熱變形在精加工