【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 機(jī)床、夾具、刀具、工件組成的工藝系統(tǒng)，受切削力、傳動(dòng)力、慣性力、夾緊力以及重力等的作用，會(huì)相應(yīng)因各種力的作用而產(chǎn)生變形。這種變形將破壞工藝系統(tǒng)各組元間已調(diào)整好的正確位置關(guān)系，從而形成加工誤差之 例如，車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，工件在切削力作用下會(huì)發(fā) ? 生彎曲變形，使之加工后產(chǎn)生腰鼓形的圓柱度誤差，如 圖 7一 18 (a)所示 。又如，在內(nèi)圓磨床上用橫向切人磨孔時(shí)，由于磨頭主軸彎曲變形，使得所磨出的孔會(huì)出現(xiàn)帶有錐度的圓柱度誤差，如圖 7一 18 (b) 所示。 ? 從材料力學(xué)中得知，任何一個(gè)物體在受力后總要產(chǎn)生一定的變形，人們常把作用力 F與其引起在作用力方向上的變形量 Y的比值，稱為物體的剛度 k下面我們就來(lái)討論工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)誤差的影響與控制。 下一頁(yè) 返回 7. 3工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制 ? 7. 3. 2對(duì)工藝系統(tǒng)剛度的認(rèn)識(shí) ? 機(jī)械加工工藝系統(tǒng)是一個(gè)彈性系統(tǒng)。彈性系統(tǒng)在外力作用下產(chǎn)生的變形位移的大小取決于外力大小和系統(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與工件間相對(duì)變形位移的比值來(lái)表示。由于切削力有三個(gè)分力，在切削加工中對(duì)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(jì)算工藝系統(tǒng)剛度時(shí)，通常只考慮此方向上的切削分力 Fv和變形位移量 yk=FYy,即 (7一 4) 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 7. 3工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制 ? ? 眾所周知，機(jī)床部件由許多零件組成。機(jī)床部件的剛度，即其抵抗外力使其變形的能力，迄今尚無(wú)合適的簡(jiǎn)易計(jì)算方法，主要用實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定。 圖 7一 19所示為車床刀架剛度變形曲線。分析圖 7一 19中實(shí)驗(yàn)曲線，可以總結(jié)出機(jī)床刀架剛度具有以下特點(diǎn) : ? ①變形與載荷不成線性關(guān)系。 ? ②加載曲線和卸載曲線不重合，卸載曲線滯后于加載曲線。兩曲線間所包容的面積就是加載和卸載循環(huán)中所損耗的能量。該能量消耗于摩擦力所做的功和接觸變形功。 ? ③第一次卸載后，變形恢復(fù)不到第一次加載的起點(diǎn)，這說(shuō)明存在有殘余變形。經(jīng)多次加載、卸載后，加載曲線起點(diǎn)才和卸載曲線終點(diǎn)重合，殘余變形才逐漸減小到零。 ? ④機(jī)床部件的實(shí)際剛度遠(yuǎn)比我們按實(shí)體估算的要小。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 7. 3工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制 ? ? (1)刀架剛度的影響 ? 在加工過(guò)程中，由于工件加工余量發(fā)生改變將引起切削力變化，所以刀架后移會(huì)產(chǎn)生加工誤差。 若毛坯存在有橢圓形狀誤差。如 圖 7一 20所示，令毛坯橢圓長(zhǎng)軸方向上吃刀量為 ap1，短軸方向吃刀量為 ap2 。 ? 由于橢圓長(zhǎng)軸、短軸兩方向吃刀量和切削力不同，故刀架后移也不同。設(shè)對(duì)應(yīng)于 ap1，產(chǎn)生的讓 y2對(duì)應(yīng)于 ap2產(chǎn)生的讓刀為 y2 ，則加工出來(lái)的工件必然存在一定的橢圓形狀誤差。由于毛坯存在圓度誤差 ，故將引起工件的圓度誤差為 ，且△ 毛 越大， △ 工 越大。這種現(xiàn)象稱為加工過(guò)程中的毛坯誤差復(fù)映現(xiàn)象。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 7. 3工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制 ? (2)工件剛度的影響 ? 圖 7 21所示為車床上車削細(xì)長(zhǎng)桿，此時(shí)工件發(fā)生彎曲，影響加工精度由此，加工中一般采取加裝跟刀架、活頂尖和改變走刀方向的措施來(lái)提高加工精度。 ? ? 合理設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡量減少連接面數(shù)口，并防止有局部低剛度環(huán)節(jié)出現(xiàn)。對(duì)于基礎(chǔ)件、支撐件，應(yīng)合理選擇零件結(jié)構(gòu)和截面形狀，以提高機(jī)床部件中零件間的接合剛度。必要時(shí)，應(yīng)給機(jī)床部件預(yù)加反向載荷等。采用輔助支撐。例如，在加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，工件的剛性差，采用中心架或跟刀架，或采用中間驅(qū)動(dòng)方式，有助于提高工件的剛度。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 7. 3工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制 ? 如 圖 7 22 (a)所示曲軸車床采用中間驅(qū)動(dòng)而不是端頭驅(qū)動(dòng)，明顯縮短了驅(qū)動(dòng)部位與被加工軸頸距離，降低了對(duì)剛度的要求。圖 7一 22 (b)所示為六角車床采用導(dǎo)套和導(dǎo)桿輔助支撐副提高刀架剛度措施。 采用合理的裝夾和加工方式。例如，在臥式銑床上銑削角鐵形零件，如按圖 7一22 (c)左所示裝夾和加工方式，則工件剛度較低 。如改用圖 7一 22 ( c)右所示裝夾和加工方式，則工件剛度明顯提高。加工箱體零件時(shí)，粗加工采用短定位銷，精加工采用長(zhǎng)定位銷，以消除定位孔磨損的影響，如圖7一 22 ( d )所示。加工汽車凸輪軸則采用托輪增加剛性，如 7— 22所示。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 7. 3工藝系統(tǒng)受力變形誤差及其控制 ? 減小載荷及其變化。為了提高工藝系統(tǒng)剛度，建議采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧﹣?lái)減小工藝系統(tǒng)中的載荷和變化。首先應(yīng)該合理選擇刀具幾何參數(shù)，例如增大前角、讓主偏角接近 900等 。其次是控制切削用量，如適當(dāng)減少進(jìn)給量和背吃刀量，以減小切削力，相應(yīng)減小受力變形 。再者，將毛坯分組，使加工中的各組毛坯余量相對(duì)均勻，這樣能減少切削力的變化，從而能夠減小復(fù)映誤差 上一頁(yè) 返回 7. 4工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制 ? 7. 4. 1工藝系統(tǒng)熱源 ? 工件、刀具等的熱變形對(duì)加工精度影響較大，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(huì)占到工件總誤差的 40%一70% 引起工藝系統(tǒng)熱變形的熱源可分為內(nèi)部熱源和外部熱源兩大類。 ? ? 內(nèi)部熱源包括切削熱和摩擦熱。 ? 在切削過(guò)程中，消耗于切削的彈、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。在車削加工中，切屑所帶走的熱量可達(dá) 50%一 80 %，傳給工件的熱量約為 30%，傳給刀具的熱量不超過(guò) 5%。 下一頁(yè) 返回 7. 4工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制 ? 工藝系統(tǒng)中的摩擦熱主要是由機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的，如電動(dòng)機(jī)、軸承、齒輪、絲杠副、導(dǎo)軌副、離合器、液壓泵和閥等。盡管摩擦熱比切削熱少，但其在工藝系統(tǒng)中是局部發(fā)熱，會(huì)引起局部溫升和變形，破壞了系統(tǒng)原有的幾何精度，對(duì)加工精度也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重影響。 ? ? 外部熱源的熱輻射包括照明燈光、加熱器等對(duì)機(jī)床的熱輻射，同時(shí)也不容忽視周圍環(huán)境溫度，如不同晝夜溫度對(duì)機(jī)床熱變形的影響?？刂仆獠繜嵩吹臒彷椛溆绊憣?duì)于大型和精密加工尤為重要。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 7. 4工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制 ? 7. 4. 2工藝系統(tǒng)熱變形引起的誤差 ? ? 一般機(jī)床的體積較大，熱容量大，雖溫升不高，但其變形量卻不容忽視。機(jī)床結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，其達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間較長(zhǎng)，各部分的受熱變形不均，會(huì)破壞原有的相互位置精度，造成工件的加工誤差。 ? 機(jī)床結(jié)構(gòu)和工作條件不同，機(jī)床熱變形的熱源和變形形式也不盡相同。對(duì)于車、銑、鉆、鎖類機(jī)床，其主軸箱中的齒輪、軸承摩擦發(fā)熱和潤(rùn)滑油發(fā)熱是其主要熱源，因而使得主軸箱及與之相連部分，如床身或立柱的溫度升高而產(chǎn)生較大變形。車床主軸發(fā)熱使主軸箱在垂直面與水平面內(nèi)發(fā)生偏移和傾斜，如 圖 7一 23 ( a)所示。圖 7一 23 ( b )所示為車床主軸溫升、位移隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間變化而變化的情況。由圖 7 23可見， Y方向的位移量遠(yuǎn)大于 X方向的位移量，由于 Y方向是誤差非敏感方向，故對(duì)加工精度影響較小。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 7. 4工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制 ? ? 盡管在切削加工中傳入刀具的熱量很少，但由于刀具的尺寸和熱容量小，故仍有相當(dāng)程度的溫升，從而引起刀具的熱伸長(zhǎng)并造成加工誤差。例如車削時(shí)高速鋼車刀的工作表面溫度可達(dá) 700℃ 一 800 ℃ ，硬質(zhì)合金車刀可達(dá) 1 000 ℃ ，刀具伸長(zhǎng)量可達(dá) 0. 03一 0. 0Smm ? 圖 7 24所示為車刀熱伸長(zhǎng)量與切削時(shí)間的關(guān)系。在車刀連續(xù)切削的情況下，切削開始時(shí)，刀具的溫升和熱伸長(zhǎng)較快，隨后趨于緩和，經(jīng)30min逐步達(dá)到熱平衡。當(dāng)切削停止時(shí)，刀具溫度開始下降較快，以后逐漸減緩。 ? 刀具斷續(xù)加工時(shí)，變形趨于零。如加工一批短小軸件，在加工過(guò)程中機(jī)床、工件、刀具趨于熱平衡。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 ℃ 7. 4工藝系統(tǒng)熱變形誤差與控制 ? 在連續(xù)冷卻條件下經(jīng)