【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 方向?qū)⒆兓?， 三個(gè)分力的比例也將變化 ，從而剛度也會(huì)不同 。 當(dāng) Pz＞ Py到一定程度 ， Pz力在 Y方向的變形 Y大于 Py力在 Y方向的變形 +Y時(shí) ，總變形為負(fù)數(shù) ， 出現(xiàn) “ 負(fù)剛度 ” 現(xiàn)象 。 55 5. 剛度和接觸剛度 零件之間接觸面的變形稱為 接觸變形 。 物體受外力抵抗接觸面上變形的能力稱為接觸剛度 。 K接 =dq/dδ (N/ m) 式中： K接 —接觸剛度 (N/ m) dq—表面壓強(qiáng) q的微分 (N/mm2) dδ —接觸變形 δ 的微分 (μ m) 56 小結(jié) ： 工藝系統(tǒng)的受力變形不完全是一個(gè)剛度問題 ，它包括 剛度 、 接觸剛度 、 間隙位移和轉(zhuǎn)動(dòng) (零件在外力作用下產(chǎn)生移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng) )。 因此 ， 工藝系統(tǒng)的剛度 可定義為：抵抗外力保持原有位置的能力 (這與物理學(xué)中針對(duì)一個(gè)物體而言的剛度是不同的 )， 剛度的概念要從 “ 位移 ” 這個(gè)廣義的角度去理解 。 57 影響工藝系統(tǒng)剛度的因素 1. 工藝系統(tǒng)剛度的實(shí)驗(yàn)測(cè)定 工藝系統(tǒng)剛度的實(shí)驗(yàn)測(cè)定 在方刀架上裝一個(gè)頂桿，通過一個(gè)測(cè)力儀頂在工件上，用橫向進(jìn)給手輪加載，通過測(cè)力儀可知載荷的大小，通過千分表 1可測(cè)得機(jī)床主軸箱、尾架和工件在該處的綜合變形，通過千分表 2可測(cè)得刀架的變形。 58 式中： Py—該點(diǎn)測(cè)力儀所指示的力 y1 —千分表 1所指示的位移 y2 —千分表 2所指示的位移 上式中省略了刀具和夾具的變形。用這種方法可在工件全長(zhǎng)上測(cè)出各點(diǎn)的工藝系統(tǒng)剛度。 59 這種方法的特點(diǎn)是： ① 需要一個(gè)質(zhì)量較好的特殊加載裝置； ② 由于是靜態(tài)測(cè)量 ， 不能反應(yīng)在切削狀態(tài)下的情況； ③ 只是加了 Py力 。 如果考慮 Px、 Pz均有影響 ， 應(yīng)采用三向測(cè)力儀 ， 如圖所示 。 當(dāng)考慮真實(shí)切削狀態(tài)下的工藝系統(tǒng)剛度 ，可按誤差復(fù)映原理進(jìn)行試驗(yàn) 。 60 三向測(cè)力儀 61 2. 生產(chǎn)法測(cè)定機(jī)床 剛度 62 63 車床刀架部件受力變形的測(cè)量示意圖和車床刀架的剛度曲線 。 從變形曲線圖看出： (1) 變形曲線是非線性的； (2) 加卸載變形曲線不重合，且不回到起始點(diǎn)； (3) 多次重復(fù)加卸載，變形曲線不重合，隨著重復(fù)次數(shù)的增加，變形曲線逐漸接近； (4) 單個(gè)零件的變形曲線與一個(gè)機(jī)器或部件的變形曲線相差很大。 64 4. 影響工藝系統(tǒng)剛度的因素 (1) 接觸面的表面質(zhì)量對(duì)接觸剛度的影響 零件表面間有微觀幾何形狀誤差 (即表面粗糙度 )，兩表面接觸不但有彈性變形，而且有塑性變形，有能量的消耗和損失，故加卸載曲線不重合。 65 (2)系統(tǒng)存在薄弱環(huán)節(jié) —?jiǎng)偠容^差的零件 ， 如機(jī)器中常采用的鑲條 、 鍵等聯(lián)結(jié)零件 。 這些零件剛度差 ， 極易變形 ， 使整個(gè)系統(tǒng)剛度變差； 系統(tǒng)中剛度較差的零件 66 (3) 摩擦力的影響 一摩擦力會(huì)造成能量損失 ， 使加卸載曲線不重合； (4)間隙的影響 一造成正向加載與反向卸載曲線的終點(diǎn)不重合 。 間隙的影響 67 5. 提高工藝系統(tǒng)剛度的措施 (1)提高機(jī)床構(gòu)件自身的剛度 ， 可提高剛度； ， 慣性矩愈大 ，因此 ， 可用加大輪廓尺寸 ， 減少壁厚來提高剛度 ， 而不用增加壁厚的辦法； ， 但抗扭剛度比圓形截面小； 68 比正方形截面的大 ， 但抗扭剛度則比正方形截面小； 。 (2)提高工件安裝時(shí)的剛度 。 (3)提高加工時(shí)刀具的剛度 。 (4)提高零件表面質(zhì)量 。 (5)減少接觸面 。 (6)加預(yù)緊力等 。 69 工藝系統(tǒng)作用力對(duì)加工精度的影響 切削力 、 傳動(dòng)力 、 慣性力 、 夾緊力等 (1) 切削力大小對(duì)加工精度的影響 車削一個(gè)有橢圓形狀誤差的短軸毛坯，加工后的工件仍會(huì)有橢圓形狀誤差，即有“誤差復(fù)映”，這種現(xiàn)象在粗加工時(shí)尤為嚴(yán)重。 70 (2) 切削力作用位置對(duì)加工精度的影響 ① (圖中 a)設(shè)工件為絕對(duì)剛體， Py不變，在切削力作用下使前后頂尖產(chǎn)生位移，刀具和刀架變形量在全長(zhǎng)上為常數(shù)。此時(shí)，工藝系統(tǒng)的變形位移量為 y； ② (圖中 b)設(shè)前后頂尖剛度為無限大，在切削力 Py作用下只是工件本身彎曲變形。此時(shí)工藝系統(tǒng)的變形位移量為 y1； ③ (圖中 c)為前二者的綜合。 總的變形量： yG=y+y1 以及毛坯復(fù)映誤差綜合影響的結(jié)果。 71 72 73 2. 傳動(dòng)力 、 慣性力 、 夾緊刀等對(duì)加工精度的影響 (1) 傳動(dòng)力的影響 用卡箍單側(cè)傳動(dòng)時(shí)因傳動(dòng)力不對(duì)稱引起的加工精度情況，經(jīng)分析計(jì)算知，在傳動(dòng)力影響下，工件橫斷面上產(chǎn)生“心臟線”的形狀誤差； 傳動(dòng)力對(duì)加工精度的影響 74 75 76 (2) 夾緊力對(duì)加工精度的影響 夾緊力對(duì)加工精度的影響 77 夾緊力對(duì)加工精度的影響 78 工藝系統(tǒng)的受熱變形 工藝系統(tǒng)熱場(chǎng)的形成及其熱源 熱場(chǎng)分為兩類： 內(nèi)熱源 ─來自切削過程本身 ， 如：切削加工的切削熱 ， 運(yùn)動(dòng)部件間的摩擦熱等； 外熱源 ─來自切削時(shí)的外部條件 ， 如：環(huán)境溫度 、 陽(yáng)光 、 燈光的幅射熱等 。 79 切削熱是主要熱源 ， 由切削時(shí)切屑形成而產(chǎn)生 ， 其大小與切削力的大小及切削速度的高低有關(guān) ， 近似表示為： Q切 =Pz?v 式中： Pz─主切力 (N) v─切削速度 (m/min) Q切 ─切削熱 (J/min) 車削時(shí)切削熱的分布如圖 133所示。 80 車削時(shí)切削熱的分布 81 機(jī)床的熱變形 1. 機(jī)床熱變形的產(chǎn)生及熱場(chǎng) 普通車床主軸的熱變形如圖 134所示 。 熱變形是由于切削熱和摩擦熱的產(chǎn)生使機(jī)床內(nèi)部形成一個(gè)復(fù)雜的溫度場(chǎng)，即熱場(chǎng)。 機(jī)床由于各部分受熱不均而產(chǎn)生熱變形。 82 普通車床的溫度分布 普通車床由熱電偶、熱敏電阻等方法測(cè)量出的車床各 點(diǎn)的溫度分布情況，主軸前軸承處溫升最高達(dá)到 ℃ 。 83 車床熱變形 ——主軸抬高，主軸在垂直面傾斜和導(dǎo)軌凸起 2. 常用機(jī)床熱變形及其對(duì)加工精度的影響 84 臥式銑床和立式銑床的熱變形 ——主軸在垂直面上傾斜 85 外圓磨床的熱變形情況 ——砂輪架、工件頭架位移，導(dǎo)軌凸起 (其余略 ) 86 牛頭刨床由于滑枕與床身導(dǎo)軌摩擦生熱而使滑枕翹曲 87 3. 減少機(jī)床熱變形的措施 （ 2）減少零件變形部分的高度?？s短主軸的中心線與水平方向定位面的距離 a將減少這段尺寸的熱變形； （ 1）使機(jī)床的熱變形方向盡量不要在誤差敏感方向； 88 (3) 用熱對(duì)稱結(jié)構(gòu) 前述的牛頭刨床由于滑枕 與床身導(dǎo)軌摩擦生熱而使滑 枕翹曲，如采用熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)， 可大大改善滑枕的翹曲變形。 89 （ 4） 采用熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu) ， 如向床身通以熱油減少熱差 ， 以減少熱變形； （ 5） 隔熱； （ 6） 機(jī)床達(dá)熱平衡后再進(jìn)行工作； （ 7） 精密機(jī)床在恒溫室內(nèi)工作； （ 8） 充分冷卻 ， 冷卻液保持恒溫； （ 9） 機(jī)床連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)工作保持溫升穩(wěn)定 。 90 工件的熱變形 切削熱留在工件上 ， 即會(huì)造成工件的熱變形 ， 尤其在精密加工 、 對(duì)較敏感的材料或薄壁 、薄片加工時(shí)影響更為嚴(yán)重 ， 不可忽視 。 91 磨削或銑削薄片狀零件時(shí)由于工件受熱不均勻 而產(chǎn)生翹曲的變形，由幾何關(guān)系計(jì)算可知撓度 f 為 ： 1. 薄片狀零件的熱變形 hLttf8212)( ?? ??1t─工件材料的線膨脹系數(shù) (1/ ℃ ) ─工件上表面溫度 (℃ ) ─工件下表面溫度 (℃ ) 對(duì)于大型精密平板類零件 (如高600mm， 長(zhǎng) 2022mm)的磨削加工 ，溫差可達(dá) ℃ ， 其熱變形可達(dá)20μm(中凸 )。 92 2. 軸類零件的熱變形 磨削精密軸類零件工件受熱膨脹產(chǎn)生熱變形，尺寸和形狀都有誤差。 連續(xù)均勻受熱 下，軸熱伸長(zhǎng)為： tLL ??? ??Lt?─工件材料的線膨脹系數(shù) (1/ ℃ ) ─工件熱變形方向的長(zhǎng)度 (m或 mm) ─工件切削后的溫升 (℃ ) 溫升的大小與切削時(shí)傳給工件的熱量、工件的體積、材料密度和比熱均有關(guān)系。 93 刀具的熱變形 1. 刀具連續(xù)工作時(shí)的熱變形 刀具熱伸長(zhǎng)為： )1(m a x ce ???? ??? 連續(xù)連續(xù)?c?連續(xù)?─刀具連續(xù)工作熱伸長(zhǎng) ─刀具連續(xù)工作時(shí)間 (min) ─時(shí)間常數(shù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)知，約為 3~6分鐘 94 2. 刀具斷續(xù)工作時(shí)的熱變形 刀具達(dá)到熱平衡狀