機械加工質(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)的熱變形對加工精度的影響 在機械加工過程中，工藝系統(tǒng)會受到各種熱源的影響，使工藝系統(tǒng)各個組成部分產(chǎn)生復雜的變形，這種變形稱為 熱變形 。 據(jù)統(tǒng)計，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，已成為機械加工技術(shù)進一步發(fā)展的一個重要的研究課題。 （ 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，熱量通過各種傳導方式向周圍散發(fā)。 （ 2）溫度場與工藝系統(tǒng)熱平衡 機床受熱源的影響，各部分溫升將發(fā)生變化．由于熱源分布的不均勻和機床結(jié)構(gòu)的復雜性，機床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，破壞了機床原有的幾何精度，從而降低了機床的加工精度。 圖 330 切削熱 （是主要的） 外部熱源 （對于精密件不可忽視） 使工件產(chǎn)生變形的熱源 同時，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．采用合理的機床結(jié)構(gòu) 4．控制環(huán)境溫度，加速達到熱平衡狀態(tài) ???對于不能分離的熱源，如主抽軸承、絲杠螺母副、高速運動的導軌副等，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 為了減少機床的熱變形，凡是可能分離出去的熱源應移出，如電動機、變速箱、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，均應移出。 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)熱部件和機床大件 (如床身、立柱等 )隔離開來。 如增加散熱面積或使用強制式的風冷、水冷、循環(huán)潤滑等。例如，目前，大型數(shù)控機床、加工中心普遍采用冷凍機，對潤滑油、切削液進行強制冷卻，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）采用合理的機床結(jié)構(gòu) 在變速箱中，將軸、軸承、傳動齒輪盡量對稱布置，可使箱壁溫升均勻，從而減少箱體變形。機床大件的結(jié)構(gòu)和布局對機床的熱態(tài)性能有很大影響。 4）控制環(huán)境溫度，加速達到熱平衡狀態(tài) 精密機床一般安裝在恒溫車間，其恒溫精度一般控制在 177。 l ℃ 。 對于精密機床，特別是大型機床，達到熱平衡的時間較長，為了縮短這個時間， 可預先高速空運轉(zhuǎn)機床或設置控制熱源，人為地給機床加熱，使之較快達到熱平衡狀態(tài) ，然后進行加工。基于同樣原因，精密加工機床應盡量避免中途停車。 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)中應用較廣，是在查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素直接進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，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。但由于研磨時工件和研具間有復雜的相對運動軌跡，使工件上各點均有機會與研具的各點相互接觸并受到均勻的微量切削。同時工件和研具相互修整，精度也逐步共同提高，進一步使誤差均化，因此可獲 五 ) 誤差補償法 誤差補償法就是人為地加入一個附加輸入，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 高壓油泵偶件自動配磨裝置示意圖 圖 333 龍門銑床橫梁導軌預加變形 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，從單因素的角度進行了詳細分析，并提出了一些保證加工精度的措施。但在實際生產(chǎn)中，一個工序加工完成后，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性。 實際上，影響加工精度的因素是錯綜復雜的，需要要用概率理論和統(tǒng)計方法進行分析和處理，進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。機床、夾具和刀具等在熱平衡
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