【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 p2 Δ 2 毛坯外形 工件外形 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 ? ? CHBfC PFFp nyFp ?切削力大小變化引起的加工誤差 ? ? ? ? mppppg aakCFFk ????? ???????? 2121111FpC? ? nFyy F yx F ypFyy HBfaCF ? 為一常數(shù) 切削力 當(dāng) 工件材料硬度均勻，刀具切削條件和進(jìn)給量一定 的情況下，則： 42 ? 誤差復(fù)映 由于工藝系統(tǒng)受力變形 ， 使毛坯誤差部分反映到工件上 ，此種現(xiàn)象稱為 “ 誤差復(fù)映 ” 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 ? 誤差復(fù)映系數(shù) ? 誤差復(fù)映程度可用誤差復(fù)映系數(shù)來(lái)表示，誤差復(fù)映系數(shù)與 系統(tǒng)剛度成反比。由前面公式可得： kCmg ?????? 機(jī)械加工中，誤差復(fù)映系數(shù)通常小于 1。可通過(guò)多次走刀，消除誤差復(fù)映的影響 。 1 2 3 n? ? ? ? ?? ? ? ? ????43 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 ? 以上分析可知 ， 工件 毛坯 有 形狀誤差或相互位置誤差 時(shí) ， 加工后 會(huì)有 同類加工誤差 出現(xiàn) 。在成批生產(chǎn)中 用調(diào)整法加工一批工件 時(shí) ， 如毛坯 直徑大小不一或硬度不均勻 ， 同樣會(huì)有類似情況發(fā)生 。 ? 以上分析 僅考慮靜剛度 ， 實(shí)際上加工過(guò)程受多種因素影響 ， 例如毛坯的橢圓形及相應(yīng)切深變化 ， 使均值切削力迭加有頻率為 2倍于工件轉(zhuǎn)速的簡(jiǎn)諧激振力 ， 并使系統(tǒng)產(chǎn)生 強(qiáng)迫振動(dòng) 。 因而實(shí)際結(jié)果會(huì)與上述分析有所不同 。 44 ? 夾緊力影響 a） b） 薄壁套夾緊變形 薄壁工件磨削 例： 薄壁套夾緊變形 解決： 加開(kāi)口套 又例： 薄壁工件磨削 解決： 加橡皮墊 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 夾緊力 、 重力引起的加工誤差 45 龍門銑橫梁變形 例： 龍門銑橫梁 龍門銑橫梁變形轉(zhuǎn)移 龍門銑橫梁變形補(bǔ)償 ? 重力影響 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 解決 1： 重量轉(zhuǎn)移 解決 2： 變形補(bǔ)償 46 ? 傳動(dòng)力影響 ? 理論上不會(huì)產(chǎn)生圓度誤差（但會(huì)產(chǎn)生圓柱度誤差） ? 易會(huì)引起強(qiáng)迫振動(dòng) ? 解決：雙銷傳動(dòng) 工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響 傳動(dòng)力對(duì)加工精度的影響 z l R X Y Fp Fc Fcd F cdx υ r a） O′ O″ r0 X Y Fp A Fcd rcd=Fcd / kc O Fc Fc / kc Fp / kc b） 傳動(dòng)力和慣性力引起的加工誤差 ? 慣性力影響 ? 與傳動(dòng)力類似 ? 解決：靜動(dòng)平衡 47 車床刀架變形曲線 ΔX（ μm） 10 20 30 40 50 0 1 2 3 F（KN） 機(jī)床部件剛度 ? 非線形關(guān)系 ， 不完全是彈性變形 ? 加載和卸載曲線不重合 ，所圍面積 表示 克服摩擦和接觸塑性變形所作功 ? 存在 殘余變形 ， 反復(fù)加載卸載后殘余變形 →0 ? 機(jī)床部件剛度比按實(shí)體估算值小許多 ， 表明其 變形受多種因素影響 機(jī)床部件變形曲線 ? 刀架部件變形曲線特點(diǎn) ? 刀架部件平均剛度 ? 由于剛度曲線非線形 ， 取剛度曲線兩端點(diǎn)連線的斜率表示 —— 平均剛度 48 接觸變形曲線 x O p p Δp x Δx 機(jī)床部件剛度 式中 c, m—— 與接觸面材料、表面 狀況有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)； p —— 表面壓強(qiáng)。 ? 組成件的實(shí)體剛度 （尤其是薄弱件的剛度） —— 受力產(chǎn)生拉伸、壓縮、彎曲變形；特別是薄弱件（楔條、軸套等）影響較大 ? 連接表面接觸變形 （彈性和部分塑性變形） —— 其大小與接觸面壓強(qiáng)有關(guān) ? 結(jié)合面間隙 （產(chǎn)生相互錯(cuò)動(dòng)） ? 零件表面摩擦力的影響 （障礙變形及其恢復(fù)） 影響機(jī)床部件剛度因素 mpcx ?? ?mcpdxdpk mj ????1接觸剛度： 49 減小受力變形對(duì)加工精度影響措施 ? 合理設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)和截面形狀 提高工藝系統(tǒng)剛度 封閉整體箱形結(jié)構(gòu) 50 減小受力變形對(duì)加工精度影響措施 ? 提高連接表面接觸剛度 （ ↓表面粗糙度 ， 改進(jìn)接觸質(zhì)量 ， 予加載荷 ） 支座零件不同安裝方法 轉(zhuǎn)塔車床導(dǎo)向桿 提高工藝系統(tǒng)剛度 減小載荷及其變化 變形轉(zhuǎn)移 、 補(bǔ)償和校正 ? 采用輔助支承 （ 中心架 ， 跟刀架 ， 鏜桿支承等 ） ? 采用合理裝夾和加工方式 ? 采用合理的刀具角度和切削用量 ? 毛坯分組，使加工余量均勻 51 工件殘余應(yīng)力引起的變形 鑄件殘余應(yīng)力引起變形 冷校直引起的殘余應(yīng)力 壓 拉 加載 壓 壓 拉 拉 卸載 ? 設(shè)計(jì)合理零件結(jié)構(gòu) ? 粗 、 精加工分開(kāi) ? 避免冷校直 ? 時(shí)效處理 殘余應(yīng)力來(lái)源 ? 毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 減小殘余應(yīng)力措施 ? 冷校直帶來(lái)的殘余應(yīng)力 ? 切削加工帶來(lái)的殘余應(yīng)力 52 機(jī)械制造工藝學(xué) 工藝系統(tǒng)熱變形及其對(duì)加工精度的影響 Heat Deformation of Technological System and it’ s Effect to machining Precision 第 2章 機(jī)械加工精度及其控制 Analysis and Control of Machining Precision 53 概述 在 精密加工和大件加工 中 ， 工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差占總誤差的約 40～ 70% ? 溫度場(chǎng) —— 工藝系統(tǒng)各部分溫度分布 ? 熱平衡 —— 單位時(shí)間內(nèi) ， 系統(tǒng)傳入的熱量與傳出的熱量相等 ， 系統(tǒng)各部分溫度保持在一相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值上 ? 溫度場(chǎng)與熱平衡研究 —— 目前以實(shí)驗(yàn)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(chǎng)與工藝系統(tǒng)熱平衡 54 ? 圓柱類工件熱變形 ? 5級(jí)絲杠累積誤差全長(zhǎng) ≤5μm，可見(jiàn)熱變形的嚴(yán)重性 10 400 1 10 ( )( )L L tmmm????? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??式中 ΔL， ΔD —— 長(zhǎng)度和直徑熱變形量； L， D —— 工件原有長(zhǎng)度和直徑； α—— 工件材料線膨脹系數(shù)； Δt —— 溫升 。 ? 長(zhǎng)度： L L t?? ? ? ??D D t?? ? ??? 直徑： 例：長(zhǎng) 400mm絲杠 ， 加工過(guò)程溫升 1℃ ， 熱伸長(zhǎng)量為： 工件熱變形對(duì)加工精度影響 工件均勻受熱 55 式中 ΔX —— 變形撓度； L， S —— 工件原有長(zhǎng)度和厚度； α—— 工件材料線膨脹系數(shù)； Δt —— 溫升 。 28LtXS? ? ?????? 板類工件單面加工時(shí)的熱變形 平面加工熱變形 υ/ 4 υ L S 2023 38 8 600 ( )LtXSmm? ? ? ? ? ?? ? ????此值已大于精密導(dǎo)軌平直度要求 結(jié)果 ： 加工時(shí)上表面升溫 ， 工件向上拱起 ，磨削時(shí)將中凸部分磨平 ， 冷卻后工件下凹 。 例 ： 高 600mm， 長(zhǎng) 2023mm的床身 ， 若上表面溫升為 3℃ ， 則變形量為： 工件熱變形對(duì)加工精度影響 工件不均勻受熱 56 刀具熱變形對(duì)加工精度影響 ? 體積小 ， 熱容量小 ， 達(dá)到熱平衡時(shí)間較短 ? 溫升高 ， 變形不容忽視 （達(dá) ～ ） ? 特點(diǎn) ? 變形曲線 m a x 1ce???? ?????????式中 ξ—— 熱伸長(zhǎng)量； ξmax —— 達(dá)到熱平衡熱伸長(zhǎng)量； τ—— 切削時(shí)間； τc —— 時(shí)間常數(shù) （ 熱伸長(zhǎng)量為熱平衡熱伸長(zhǎng)量約 63%的時(shí)間， 常取 3～ 4分鐘 ） 。 τ(min) 車刀熱變形曲線 連續(xù)切削升溫曲線 冷卻曲線 間斷切削升溫曲線 ξ（ μm） ξmax τb 0 τc 刀具熱變形 57 機(jī)床熱變形對(duì)加工精度影響 ? 體積大 ， 熱容量大 ， 溫升不高 ， 達(dá)到熱平衡時(shí)間長(zhǎng) ? 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 溫度場(chǎng)和變形不均勻 ， 對(duì)加工精度影響顯著 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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 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(jī)床熱變形特點(diǎn) 車床熱變形 58 機(jī)床熱變形對(duì)加工精度影響 ? 立銑 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 ? 導(dǎo)軌磨 其他機(jī)床熱變形 59 減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施 例 ： 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 平面磨床補(bǔ)償油溝 又例 ： 立式平面磨床立柱前壁溫度高 ， 產(chǎn)生后傾 。 解決 ： 采用熱空氣加熱立柱后壁 均衡立柱前后壁溫度場(chǎng) ? 減少切削熱和磨削熱 ， 粗 、 精加工分開(kāi) 。 ? 充分冷卻和強(qiáng)制冷卻 。 ? 隔離熱源 。 減少熱源發(fā)熱和隔離熱源 均衡溫度場(chǎng) 60 ? 熱對(duì)稱結(jié)構(gòu) 雙端面磨床主軸熱補(bǔ)償 1— 主軸 2— 殼體 3— 過(guò)渡套筒 熱伸長(zhǎng)方向 采用合理結(jié)構(gòu) 減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施 ? 熱補(bǔ)償結(jié)構(gòu) （ 例主軸熱補(bǔ)償 ） 加工中心熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)立柱 61 支承距影響熱變形 L1 L2 ? 合理選擇裝配基準(zhǔn) ? 高速空運(yùn)轉(zhuǎn) ? 人為加熱 ? 恒溫 ? 人體隔離 采用合理結(jié)構(gòu) 減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施 加速達(dá)到熱平衡 控制環(huán)境溫度 車床主軸箱定位面位置選擇 x y Δx Δy Δy 62 機(jī)械制造工藝學(xué) 加工誤