【文章內(nèi)容簡介】 對加工精度的影響1．工藝系統(tǒng)的受力變形機械加工過程中，工藝系統(tǒng)在切削力、傳動力、慣性力、夾緊力、重力等外力的作用下，各環(huán)節(jié)將產(chǎn)生相應(yīng)的變形，使刀具和工件間已調(diào)整好的正確位置關(guān)系遭到破壞而造成加工誤差。例如，在車床上車削細(xì)長軸時，如圖26所示，工件在切削力的作用下會發(fā)生變形，使加工出的工件出現(xiàn)兩頭細(xì)中間粗的腰鼓形。由此可見，工藝系統(tǒng)受力變形是加工中一項很重要的原始誤差，它嚴(yán)重的影響工件的加工精度。工藝系統(tǒng)的受力變形通常是彈性變形，一般來說，工藝系統(tǒng)抵抗彈性變形的能力越強，加工精度越高。（沿用吳拓主編《機械制造工程》（第2版）機械工業(yè)出版社2005年9月圖323）圖26 車細(xì)長軸時的變形2．工藝系統(tǒng)的剛度 工藝系統(tǒng)是一個彈性系統(tǒng)。彈性系統(tǒng)在外力作用下所產(chǎn)生的變形位移的大小取決于外力的大小和系統(tǒng)抵抗外力的能力。工藝系統(tǒng)抵抗外力使其變形的能力稱為工藝系統(tǒng)的剛度。工藝系統(tǒng)的剛度用切削力和在該力方向上所引起的刀具和工件間相對變形位移的比值表示的。由于切削力有三個分力，在切削加工中對加工精度影響最大的是刀刃沿加工表面的法線方向（Y方向上）的分力，因此計算工藝系統(tǒng)剛度時，通常只考慮此方向上的切削分力Fy和變形位移量y，即 （2—3）3．工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響可歸納為下列幾種常見的形式： ⑴ 受力點位置變化產(chǎn)生形狀誤差 在切削過程中，工藝系統(tǒng)的剛度會隨著切削力作用點位置的變化而變化，因此使工藝系統(tǒng)受力變形也隨之變化，引起工件形狀誤差。例如車削加工時，由于工藝系統(tǒng)沿工件軸向方向各點的剛度不同，因此會使工件各軸向截面直徑尺寸不同，使車出的工件沿軸向產(chǎn)生形狀誤差（出現(xiàn)鼓形、鞍形、錐形）。⑵ 切削力變化引起加工誤差 在切削加工中，由于工件加工余量和材料硬度不均將引起切削力的變化，從而造成加工誤差。例如車削圖27所示的毛坯時，由于它本身有圓度誤差（橢圓），背吃刀量aP將不一致（aP1＞aP2），當(dāng)工藝系統(tǒng)的剛度為常數(shù)時，切削分力Fy也不一致（Fy1＞Fy2），從而引起工藝系統(tǒng)的變形不一致（Yl ＞Y2），這樣在加工后的工件上仍留有較小的圓度誤差。這種在加工后的工件上出現(xiàn)與毛坯形狀相似的誤差的現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”。（沿用吳拓主編《機械制造工程》（第2版）機械工業(yè)出版社2005年9月圖324）圖27 毛坯形狀誤差的復(fù)映由于工藝系統(tǒng)具有一定的剛度，因此在加工表面上留下的誤差比毛坯表面的誤差數(shù)值上已大大減小了。也就是說，工藝系統(tǒng)剛度愈高，加工后復(fù)映到被加工表面上的誤差愈小，當(dāng)經(jīng)過數(shù)次走刀后，加工誤差也就逐漸縮小到所允許的范圍內(nèi)了。 ⑶ 其他作用力引起的加工誤差1）傳動力和慣性力引起的加工誤差 當(dāng)在車床上用單爪撥盤帶動工件回轉(zhuǎn)時，傳動力在撥盤的每一轉(zhuǎn)中不斷改變其方向；對高速回轉(zhuǎn)的工件，如其質(zhì)量不平衡，將會產(chǎn)生離心力，它和傳動力一樣在工件的轉(zhuǎn)動中不斷的改變方向。這樣，工件在回轉(zhuǎn)中因受到不斷變化方向的力的作用而造成加工誤差，如圖28和圖29所示。（沿用吳拓主編《機械制造工程》（第2版）機械工業(yè)出版社2005年9月圖3226）圖28 傳動力所引起的加工誤差 圖29 離心慣性所引起的加工誤差2）重力所引起的誤差 在工藝系統(tǒng)中，有些零部件在自身重力作用下產(chǎn)生的變形也會造成加工誤差。例如，龍門銑床、龍門刨床橫梁在刀架自重下引起的變形將造成工件的平面度誤差。對于大型工件，因自重而產(chǎn)生的變形有時會成為引起加工誤差的主要原因，所以在安裝工件時，應(yīng)通過恰當(dāng)?shù)夭贾弥С械奈恢没蛲ㄟ^平衡措施來減少自重的影響。3）夾緊力所引起的加工誤差 工件在安裝時，由于工件剛度較低或夾緊力作用點和方向不當(dāng)，會引起工件產(chǎn)生相應(yīng)的變形，造成加工誤差。圖210為加工連桿大端孔的安裝示意圖，由于夾緊力作用點不當(dāng)，造成加工后兩孔中心線不平行及其與定位端面不垂直。（沿用吳拓主編《機械制造工程》（第2版）機械工業(yè)出版社2005年9月圖327）圖210 夾緊力不當(dāng)所引起的加工誤差 4．減少工藝系統(tǒng)受力變形的主要措施減少工藝系統(tǒng)受力變形是保證加工精度的有效途徑之一。生產(chǎn)實際中常采取如下措施：1）提高接觸剛度 所謂接觸剛度就是互相接觸的兩表面抵抗變形的能力。提高接觸剛度是提高工藝系統(tǒng)剛度的關(guān)鍵。常用的方法是改善工藝系統(tǒng)主要零件接觸面的配合質(zhì)量，使配合面的表面粗糙度和形狀精度得到改善和提高，實際接觸面積增加，微觀表面和局部區(qū)域的彈性、塑性變形減少，從而有效地提高接觸剛度。2）提高工件定位基面的精度和表面質(zhì)量 工件的定位基面如存在較大的尺寸、形位誤差和表面質(zhì)量差，在承受切削力和夾緊力時可能產(chǎn)生較大的接觸變形，因此精密零件加工用的基準(zhǔn)面需要隨著工藝過程的進行逐步提高精度。3）設(shè)置輔助支承，提高工件剛度，減小受力變形 切削力引起的加工誤差往往是因為工件本身剛度不足或工件各個部位剛度不均勻而產(chǎn)生的。當(dāng)工件材料和直徑一定時，工件長度和切削分力是影響變形的決定性因素。為了減少工件的受力變形，常采用中心架或跟刀架，以提高工件的剛度，減小受力變形。4）合理裝夾工件，減少夾緊變形 當(dāng)工件本身薄弱、剛性差時，夾緊時應(yīng)特別注意選擇適當(dāng)?shù)膴A緊方法，尤其是在加工薄壁零件時，為了減少加工誤差，應(yīng)使夾緊力均勻分布?？s短切削力作用點和支承點的距離，提高工件剛度。5）對相關(guān)部件預(yù)加載荷 例如，機床主軸部件在裝配時通過預(yù)緊主軸后端面的螺母給主軸滾動軸承以預(yù)加載荷，這樣不僅能消除軸承的配合間隙，而且在加工開始階段就使主軸與軸承有較大的實際接觸面積，從而提高了配合面間的接觸剛度。6）合理設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在設(shè)計機床夾具時，應(yīng)盡量減少組成零件數(shù)，以減少總的接觸變形量；選擇合理的結(jié)構(gòu)和截面形狀；并注意剛度的匹配，防止出現(xiàn)局部環(huán)節(jié)剛度低。7）提高夾具、刀具剛度；改善材料性能。8）控制負(fù)載及其變化 適當(dāng)減少進給量和背吃刀量，可減少總切削力對零件加工精度的影響；此外，改善工件材料性能以及改變刀具幾何參數(shù)如增大前角等都可減少受力變形；將毛坯合理分組，使每次調(diào)整中加工的毛坯余量比較均勻，能減小切削力的變化，減小誤差復(fù)映。 四、工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響在機械加工中，工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下會產(chǎn)生復(fù)雜的變形，使得工件與刀具間的正確相對位置關(guān)系遭到破壞，造成加工誤差。1．工藝系統(tǒng)熱變形的熱源引起工藝系統(tǒng)熱變形的熱源主要來自兩個方面：一是內(nèi)部熱源，指軸承、離合器、齒輪副、絲杠螺母副、高速運動的導(dǎo)軌副、鏜模套等工作時產(chǎn)生的摩擦熱，以及液壓系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)等工作時產(chǎn)生的摩擦熱；切削和磨削過程中由于擠壓、摩擦和金屬塑性變形產(chǎn)生的切削熱；電動機等工作時產(chǎn)生的電磁熱、電感熱。二是外部熱源，指由于室溫變化及車間內(nèi)不同位置、不同高度和不同時間存在的溫度差別，以及因空氣流動產(chǎn)生的溫度差等；日照、照明設(shè)備以及取暖設(shè)備等的輻射熱等。工藝系統(tǒng)在上述熱源的作用下，溫度逐漸升高，同時其熱量也通過各種傳導(dǎo)方式向周圍散發(fā)。2．工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響⑴ 機床熱變形對加工精度的影響 機床在運轉(zhuǎn)與加工過程中受到各種熱源的作用，溫度會逐步上升，由于機床各部件受熱程度的不同，溫升存在差異，因此各部件的相對位置將發(fā)生變化，從而造成加工誤差。車、銑、鏜床這類機床主要熱源是床頭箱內(nèi)的齒輪、軸承、離合器等傳動副的摩擦熱，它使主軸分別在垂直面內(nèi)和水平面內(nèi)產(chǎn)生位移與傾斜，也使支承床頭箱的導(dǎo)軌面受熱彎曲；床鞍與床身導(dǎo)軌面的摩擦熱會使導(dǎo)軌受熱彎曲，中間凸起。磨床類機床都有液壓系統(tǒng)和高速砂輪架，故其主要熱源是砂輪架軸承和液壓系統(tǒng)的摩擦熱；軸承的發(fā)熱會使砂輪軸線產(chǎn)生位移及變形，如果前、后軸承的溫度不同，砂輪軸線還會傾斜；液壓系統(tǒng)的發(fā)熱使床身溫度不均產(chǎn)生彎曲和前傾，影響加工精度。大型機床如龍門銑床、龍門刨床、導(dǎo)軌磨床等，這類機床的主要熱源是工作臺導(dǎo)軌面與床身導(dǎo)軌面間的摩擦熱及車間內(nèi)不