機(jī)械加工質(zhì)量分析及控制(編輯修改稿)
2025-02-26 11:36 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 （三） 工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)加工精度的影響 在機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)會(huì)受到各種熱源的影響，使工藝系統(tǒng)各個(gè)組成部分產(chǎn)生復(fù)雜的變形，這種變形稱為 熱變形 。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在精密加工中，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的 40％一 70％。高效、高精度、自動(dòng)化加工技術(shù)的發(fā)展，使工藝系統(tǒng)熱變形問題變得更為突出，已成為機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)重要的研究課題。 （ 1） 工藝系統(tǒng)的熱源 系統(tǒng)內(nèi)部熱源 (切削熱 和 摩擦熱 ) 系統(tǒng)外部熱源 (環(huán)境溫度 和 太陽輻射熱 ) ???一方面，工藝系統(tǒng)受熱源影響，溫度逐漸升高； 另一方面，熱量通過各種傳導(dǎo)方式向周圍散發(fā)。 （ 2）溫度場與工藝系統(tǒng)熱平衡 機(jī)床受熱源的影響，各部分溫升將發(fā)生變化．由于熱源分布的不均勻和機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，機(jī)床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，破壞了機(jī)床原有的幾何精度，從而降低了機(jī)床的加工精度。 圖 330 切削熱 （是主要的） 外部熱源 （對(duì)于精密件不可忽視） 使工件產(chǎn)生變形的熱源 同時(shí)，不同的加工方法，不同的工件材料、結(jié)構(gòu)和尺寸件的受熱變形也不相同。 ???圖 331 刀具熱伸長量與切削時(shí)間的關(guān)系 刀具的熱變形主要是切削熱引起的，傳給刀具的熱量雖不多，但由于刀具體積小、熱容量小且熱量又集中在切削部分，因此切削部分仍產(chǎn)生很高的溫升。 依據(jù)物理公式計(jì)算工件長度或直徑上的熱變形量： 式中， L—— 工件原有長度或直徑，單位為 mm。 —— 工作材料的線膨脹系數(shù)； —— 溫升。 減少和控制工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑 1．減少熱源的發(fā)熱和隔離熱源 2．均衡溫度場 3．采用合理的機(jī)床結(jié)構(gòu) 4．控制環(huán)境溫度，加速達(dá)到熱平衡狀態(tài) ???對(duì)于不能分離的熱源，如主抽軸承、絲杠螺母副、高速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌副等，則 可以從結(jié)構(gòu)、潤滑等方面改善其摩擦特性，減少發(fā)熱。 1）減少熱源的發(fā)熱和隔離熱源 采用有效的冷卻措施 為了減少機(jī)床的熱變形，凡是可能分離出去的熱源應(yīng)移出，如電動(dòng)機(jī)、變速箱、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，均應(yīng)移出。 熱源可能分離出去 減少發(fā)熱 ???????例如，采用靜壓軸承。靜壓導(dǎo)軌，改用低粘度潤滑油、理基潤滑脂等，也可用隔熱材料將發(fā)熱部件和機(jī)床大件 (如床身、立柱等 )隔離開來。 如增加散熱面積或使用強(qiáng)制式的風(fēng)冷、水冷、循環(huán)潤滑等。例如，目前，大型數(shù)控機(jī)床、加工中心普遍采用冷凍機(jī)，對(duì)潤滑油、切削液進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，以提高冷卻效果。在精密絲杠磨床的母絲杠中通以冷卻液，以減少熱變形。 平面磨床采用熱空氣加熱溫升較低的立柱后壁，以減小立柱前后壁的溫度差，從而減少立柱的彎曲變形。采取這種指施后，工件的加工直線度誤差可降低為原來的 1／3～ 1／ 4。 2）均衡溫度場 圖 332 3）采用合理的機(jī)床結(jié)構(gòu) 在變速箱中，將軸、軸承、傳動(dòng)齒輪盡量對(duì)稱布置，可使箱壁溫升均勻，從而減少箱體變形。機(jī)床大件的結(jié)構(gòu)和布局對(duì)機(jī)床的熱態(tài)性能有很大影響。 4）控制環(huán)境溫度，加速達(dá)到熱平衡狀態(tài) 精密機(jī)床一般安裝在恒溫車間，其恒溫精度一般控制在 177。 l ℃ 。 對(duì)于精密機(jī)床，特別是大型機(jī)床，達(dá)到熱平衡的時(shí)間較長，為了縮短這個(gè)時(shí)間， 可預(yù)先高速空運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)床或設(shè)置控制熱源，人為地給機(jī)床加熱，使之較快達(dá)到熱平衡狀態(tài) ，然后進(jìn)行加工。基于同樣原因，精密加工機(jī)床應(yīng)盡量避免中途停車。 四、 提高和保證加工精度的工藝措施 一 ) 減少誤差法 直接減少誤差法在生產(chǎn)中應(yīng)用較廣，是在查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素直接進(jìn)行消除或減少的方法。 二 ) 誤差轉(zhuǎn)移法 誤差轉(zhuǎn)移法是把影響加工精度的原始誤差轉(zhuǎn)移到誤差的非敏感方向上。 三 ) 誤差分組法 采用分組調(diào)整的方法，把毛坯按誤差大小分為 n組，每組毛坯的誤差就縮小為原來的 1/n；然后按各組分別調(diào)整刀具與工件的相對(duì)位置或選用合適的定位元件，就可大大縮小整批工件的尺寸分散范圍。 四 ) 誤差平均法 研磨時(shí)，研具的精度并不很高，分布在研具上的磨料粒度大小也可能不一樣。但由于研磨時(shí)工件和研具間有復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，使工件上各點(diǎn)均有機(jī)會(huì)與研具的各點(diǎn)相互接觸并受到均勻的微量切削。同時(shí)工件和研具相互修整，精度也逐步共同提高，進(jìn)一步使誤差均化，因此可獲 五 ) 誤差補(bǔ)償法 誤差補(bǔ)償法就是人為地加入一個(gè)附加輸入，盡量使得引入的誤差與原始誤差之間大小相等、方向相反，從而達(dá)到減少加工誤差、提高加工精度的目的。 圖 334 高壓油泵偶件自動(dòng)配磨裝置示意圖 圖 333 龍門銑床橫梁導(dǎo)軌預(yù)加變形 第三節(jié) 加工誤差的綜合分析 前幾節(jié)就影響加工精度的各種主要因素，從單因素的角度進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出了一些保證加工精度的措施。但在實(shí)際生產(chǎn)中，一個(gè)工序加工完成后，工件的加工精度是一系列工藝因素綜合作用的結(jié)果，各種因素產(chǎn)生的加工誤差可能相互迭加，也可能相互補(bǔ)償或抵消，而且各種誤差的表現(xiàn)性質(zhì)在很大程度上帶有一定的隨機(jī)性。 實(shí)際上，影響加工精度的因素是錯(cuò)綜復(fù)雜的，需要要用概率理論和統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析和處理，進(jìn)而提出控制和解決加工精度問題的工藝措施。 一、 加工誤差的性質(zhì) 在順序加工同一批工件中，如果加工誤差的大小和方向都保持不變，或者按照一定的規(guī)律變化，則稱為 系統(tǒng)誤差 。 機(jī)床、夾具、刀具和量具本身的制造誤差和很慢的磨損往往被看作常值系統(tǒng)誤差。機(jī)床、夾具和刀具等在熱平衡
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