【正文】 熱平衡研究 —— 目前以實驗研究為主 工藝系統(tǒng)熱源 內(nèi)部熱源 外部熱源 切削熱 摩擦熱 環(huán)境熱源 輻射熱 工藝系統(tǒng)熱變形 工藝系統(tǒng)熱源 溫度場與工藝系統(tǒng)熱平衡 45 機床熱變形對加工精度影響 ? 體積大 ， 熱容量大 ， 溫升不高 ， 達到熱平衡時間長 ? 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 溫度場和變形不均勻 ， 對加工精度影響顯著 運轉(zhuǎn)時間 / h 0 1 2 3 4 50 150 100 200 位移 /μm 20 40 60 80 溫升 / ℃ ΔY ΔX 前軸承溫升 圖 5360 車床受熱變形 a） 車床受熱變形形態(tài) b） 溫升與變形曲線 機床熱變形特點 車床熱變形 （ 圖 5360） 46 機床熱變形對加工精度影響 ? 立銑 （ 圖 a） 圖 5370 立式銑床、外圓磨床、導(dǎo)軌磨床受熱變形 a）銑床受熱變形形態(tài) b）外圓磨床受熱變形形態(tài) c）導(dǎo)軌磨床受熱變形形態(tài) ? 外圓磨 （ 圖 b） ? 導(dǎo)軌磨 （ 圖 c） 其他機床熱變形 （ 圖 5370） 47 刀具和工件熱變形對加工精度影響 ? 體積小 ， 熱容量小 ，達到熱平衡時間較短 ? 溫升高 ， 變形不容忽視 （ 達 ～ ） ◆ 特點 ◆ 變形曲線（圖 542） m a x 1ce???? ?????????式中 ξ—— 熱伸長量； ξmax —— 達到熱平衡熱伸長量； η—— 切削時間； ηc —— 時間常數(shù) （ 熱伸長量為熱平衡熱伸長量約 63%的時間， 常取 3～ 4分鐘 ） 。 例 ： 高 600mm， 長 2022mm的床身 , 若上表面溫升為 3℃ ,則變形量為： 刀具和工件熱變形對加工精度影響 50 減小熱變形對加工精度影響的措施 例 1： 磨床油箱置于床身內(nèi) ，其發(fā)熱使導(dǎo)軌中凹 解決 ： 導(dǎo)軌下加回油槽 圖 5400 平面磨床補償油溝 例 2： 立式平面磨床立柱前壁溫度高 ， 產(chǎn)生后傾 。 ? 隔離熱源 。 ◆ 變值系統(tǒng)誤差 —— 誤差大小和方向按一定規(guī)律變化 。 ◆ 隨機誤差服從統(tǒng)計規(guī)律 。 平均值 μ=0 ， 標(biāo)準(zhǔn)差ζ=1的正態(tài)分布稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布 ， 記為 ： x ~ N ( 0, 1 ) ? 概率密度函數(shù) （ 519） ? ?2121 ,02xy e x?? ??????? ????? ? ? ? ? ? ? ?y F（ z） 圖 5450 正態(tài)分布曲線 μ ( z = 0 ) x(z) 0 z σ +σ 分布圖分析法 分布曲線 58 ? 分布函數(shù) 2121()2xxF x e d x???????? ??????? ?221() 02zzF z e d z? ?? ?xz ????令： 將 z 代入上式 ， 有： 則利用上式 ， 可將非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布進行計算 （ 圖 545） 。 2ttM TLL??由圖 5520所示關(guān)系可得： 圖 5520 調(diào)整尺寸關(guān)系 3n?y Tt x T 3ζ Lmax Lmin LM （ Lt ） 樣本均值分布 總體分布 總體分布平均值極端位置 161tTT n???? ? ?????樣本平均值分布： xN n????????，調(diào)整尺寸 調(diào)整公差 67 調(diào)整尺寸 ? 上式要求過于苛刻 ， 產(chǎn)生不合格品得概率只有%。加工后發(fā)現(xiàn)被加工孔出現(xiàn)外大里小的錐度誤差。 ① 刀架剛度不足 ② 尾頂尖剛度不足 ③ 導(dǎo)軌扭曲 ④ 車床縱向?qū)к壟c主軸回轉(zhuǎn)軸線不平行 第 5章 機械加工精度 B A 習(xí)圖 52 習(xí)圖 53 53所示 ， 零件安裝在車床三爪卡盤上鉆孔 （ 鉆頭安裝在尾座上 ） 。 第 5章 機械加工精度 習(xí)圖 54 答案 5： a） 在徑向切削力的作用下 ， 尾頂尖處的位移量大于前頂尖處的位移量 ， 加工后工件外圓表面成錐形 ， 右端直徑大于左端直徑 。 82 55為 精鏜活塞銷孔工序的示意圖，工件以止口面及半精鏜過的活塞銷孔定位，試分析影響工件加工精度的工藝系統(tǒng)的各種原始誤差因素。 83 7. 在三臺車床上各加工一批工件的外圓表面，加工后經(jīng)度量發(fā)現(xiàn)有如圖所示的形狀誤差：（ a）錐形；（ b）腰鼓形；（ c）鞍形。 （ c） 機床床頭、尾座剛度較弱； 刀具直線運動與工件回轉(zhuǎn)運動軸線 不在同一平面內(nèi)，即在空間交錯平行；誤差復(fù)映。 第 5章 機械加工精度 （ a） （ c） （ b） 答案 7： （ a） 車床縱溜板運動與主軸軸線不平行；刀具磨損；誤差復(fù)映。 （ 2）影響銷孔形狀精度的因素： ① 主軸回轉(zhuǎn)誤差； ② 導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差； ③ 工作臺運動方向與主軸回轉(zhuǎn)軸線不平行； ④ 機床熱變形。若刀具剛度很大 ， 加工后端面會產(chǎn)生中凹 。 造成孔徑偏大的可能原因有 （ ） 。 ① 主軸徑向跳動 ② 三爪裝夾面與主軸回轉(zhuǎn)軸線不同軸 ③ 車床縱向?qū)к壟c主軸回轉(zhuǎn)軸線不平行 ④ 刀桿剛性不足 ，車后發(fā)現(xiàn)工件中部直徑偏大，兩頭直徑偏小，其可能的原因有（ ）。 141tTT n???? ? ?????圖 552 調(diào)整尺寸關(guān)系 3n?y Tt x T 3ζ Lmax Lmin LM （ Lt ） 樣本均值分布 總體分布 總體分布平均值極端位置 68 機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 第 5章 機械加工精度 提高加工精度的途徑 Methods of Improving Machining Precision 69 誤差預(yù)防 ? 合理采用先進工藝和設(shè)備 ◆ 誤差預(yù)防指減小原始誤差本身或減小原始誤差的影響 ? 減小原始誤差 ? 轉(zhuǎn)移原始誤差 （ 圖 5530） a） b） 圖 5530 轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移 ? 誤差分組 ? 就地加工 ? 均化原始誤差 ， 如研磨加工 、 易位加工（ 圖 5540） 圖 4540 易位法加工時誤差均化過程 θ 360176。 ◆ 確定工序能力： 工序能力系數(shù) :Cp=T/6σ （ 523） 分布圖分析法 分布圖應(yīng)用 ? ?3626PPKCPT U T LCT U T LC????????? ? ???（ 524） （ 525） （ 526） ?工序能力 ?工序能力系數(shù) 式中 TU, TL—— 公差帶上、下限 ； Δ—— 公差帶中心與誤差分布中心偏移距離； ζ—— 誤差分布的標(biāo)準(zhǔn)差。 隨機誤差 加工誤差的統(tǒng)計分析 ◆ 運用數(shù)理統(tǒng)計原理和方法，根據(jù)被測質(zhì)量指標(biāo)的統(tǒng)計性質(zhì)，對工藝過程進行分析和控制。 加工誤差 系統(tǒng)誤差 隨機誤差 常值系統(tǒng)誤差 變值系統(tǒng)誤差 加工誤差統(tǒng)計特性 54 加工誤差的性質(zhì) ◆ 在順序加工一批工件中 ， 其大小和方向隨機變化的加工誤差 。 ◆ 常值系統(tǒng)誤差 —— 其大小和方向均不改變 。 圖 5410 均衡立柱前后壁溫度場 ? 減少切削熱和磨削熱 ， 粗 、精加工分開 。 ? 長度： L L t?? ? ? ??D D t?? ? ? ??? 直徑： ? 例：長 400mm絲杠 ， 加工過程溫升 1℃ ， 熱伸長量為： 刀具和工件熱變形對加工精度影響 工件熱變形 49 式中 ΔX —— 變形撓度； L， S —— 工件原有長度和厚度； α—— 工件材料線膨脹系數(shù)； Δt —— 溫升 。 k