機(jī)械加工精度-

機(jī)械加工精度_第1頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五本章提要機(jī)器零件的加工質(zhì)量是整臺機(jī)器質(zhì)量的基礎(chǔ)。機(jī)器零件的加工質(zhì)量一般用機(jī)械加工精度和加工表面質(zhì)量兩個重要指標(biāo)表示，它的高低將直接影響整臺機(jī)器的使用性能和壽命。本章研究機(jī)械加工精度的問題。本章討論的內(nèi)容有機(jī)械加工精度的基本概念、影響加工精度的因素、加工誤差的綜合分析及提高加工精度的途徑四個方面。第2頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五內(nèi)容提綱3.13.23.33.4機(jī)械加工精度的概念獲得加工精度的方法影響加工精度的因素加工誤差的分析與控制第3頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五3.1機(jī)械加工精度概述

隨著機(jī)器速度、負(fù)載的增高以及自動化生產(chǎn)的需要，對機(jī)器性能的要求也不斷提高，因此保證機(jī)器零件具有更高的加工精度也越顯得重要。我們在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常遇到和需要解決的工藝問題，多數(shù)也是加工精度問題。研究機(jī)械加工精度的目的是研究加工系統(tǒng)中各種誤差的物理實(shí)質(zhì)，掌握其變化的基本規(guī)律，分析工藝系統(tǒng)中各種誤差與加工精度之間的關(guān)系，尋求提高加工精度的途徑，以保征零件的機(jī)械加工質(zhì)量。本章討論的內(nèi)容有機(jī)械加工精度的基本概念、影響加工精度的因素、加工誤差的綜合分析及提高加工精度的途徑四個方面。第4頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五一、加工精度與加工誤差

1、加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度。符合程度越高，加工精度越高。一般機(jī)械加工精度是在零件工作圖上給定的，其包括：

1）零件的尺寸精度：加工后零件的實(shí)際尺寸與零件理想尺寸相符的程度。

2）零件的形狀精度：加工后零件的實(shí)際形狀與零件理想形狀相符的程度。

3）零件的位置精度：加工后零件的實(shí)際位置與零件理想位置相符的程度。

第5頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

2、獲得加工精度的方法

1）試切法：即試切--測量--再試切--直至測量結(jié)果達(dá)到圖紙給定要求的方法。

2）定尺寸刀具法：用刀具的相應(yīng)尺寸來保證加工表面的尺寸。

3）調(diào)整法：按零件規(guī)定的尺寸預(yù)先調(diào)整好刀具與工件的相對位置來保證加工表面尺寸的方法。

4）自動控制法：使用一定的裝置(自動測量或數(shù)字控制)，在工件達(dá)到要求尺寸時(shí)，自動停止加工。第6頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

3、加工誤差：實(shí)際加工不可能做得與理想零件完全一致，總會有大小不同的偏差，零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度，稱為加工誤差。

加工誤差的大小表示了加工精度的高低。生產(chǎn)實(shí)際中用控制加工誤差的方法來保證加工精度。

4、誤差的敏感方向：加工誤差對加工精度影響最大的方向，為誤差的敏感方向。當(dāng)原始誤差方向恰為加工表面法線方向時(shí)，引起的加工誤差為最大；而當(dāng)原始誤差的方向恰為加工表面的切線方向時(shí)，引起的加工誤差為最小，通?？梢院雎?。為了便于分析原始誤差對加工精度的影響，我們把影響加工精度最大的那個方向（即通過刀刃的加工表面的法向）稱為誤差的敏感方向。當(dāng)原始誤差的方向與誤差敏感方向一致時(shí)，對加工精度的影響最大。

第7頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五二、研究機(jī)械加工精度的方法

因素分析法：通過分析、計(jì)算或?qū)嶒?yàn)、測試等方法，研究某一確定因素對加工精度的影響。一般不考慮其它因素的同時(shí)作用，主要是分析各項(xiàng)誤差單獨(dú)的變化規(guī)律。

統(tǒng)計(jì)分析法：運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對生產(chǎn)中一批工件的實(shí)測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用以控制工藝過程的正常進(jìn)行。主要是研究各項(xiàng)誤差綜合的變化規(guī)律，只適合于大批、大量的生產(chǎn)條件。第8頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五三、原始誤差

由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)（簡稱工藝系統(tǒng)）會有各種各樣的誤差產(chǎn)生，這些誤差在各種不同的具體工作條件下都會以各種不同的方式（或擴(kuò)大、或縮?。┓从碁楣ぜ募庸ふ`差。

工藝系統(tǒng)中凡是能直接引起加工誤差的因素都稱為原始誤差。工藝系統(tǒng)的原始誤差主要有：

1、加工前的誤差（原理誤差、調(diào)整誤差、工藝系統(tǒng)的幾何誤差、定位誤差）

2、加工過程中的誤差（工藝系統(tǒng)的受力變形引起的加工誤差、工藝系統(tǒng)的受熱變形引起的加工誤差）

3、加工后的誤差（工件內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的變形以及測量誤差）等。第9頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五3.2獲得加工精度的方法一、獲得尺寸精度的方法

1）試切法用于單件小批生產(chǎn)

2）調(diào)整法用于成批大量生產(chǎn)

3）定尺寸刀具法生產(chǎn)率高，刀具制造復(fù)雜

4）自動控制法切削測量補(bǔ)償調(diào)整第10頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五二、獲得形狀精度的方法

1）軌跡法利用刀尖運(yùn)動軌跡形成工件表面形狀

2）成形刀具法由刀刃的形狀形成工件表面形狀

3)仿形法刀具按照仿形裝置進(jìn)給對工件進(jìn)行加工的方法稱為仿形法

4）展成法由切削刃包絡(luò)面形成工件表面形狀三、獲得相互位置精度的方法主要由機(jī)床精度、夾具精度和工件的裝夾精度來保證第11頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五3.3影響機(jī)械加工精度的因素零件的機(jī)械加工是在由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)中進(jìn)行的。工藝系統(tǒng)中凡是能直接引起加工誤差的因素都稱為原始誤差。原始誤差的存在，使工藝系統(tǒng)各組成部分之間的位置關(guān)系或速度關(guān)系偏離了理想狀態(tài)，致使加工后的零件產(chǎn)生了加工誤差。若原始誤差是在加工前已存在，即在無切削負(fù)荷的情況下檢驗(yàn)的，稱為工藝系統(tǒng)靜誤差；若在有切削負(fù)荷情況下產(chǎn)生的則稱為工藝系統(tǒng)動誤差。

第12頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五一、原始誤差零件加工的誤差是由于工件與刀具在切削過程中相互位置發(fā)生變動而造成。工件和刀具安裝在夾具和機(jī)床上，工件、刀具、夾具、機(jī)床構(gòu)成了一個完整的工藝系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)的種種誤差，是造成零件加工誤差的根源，故稱之為原始誤差。第13頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

原始誤差

加工前誤差加工中誤差加工后誤差調(diào)整誤差機(jī)床誤差刀具制造誤差夾具誤差加工原理誤差工件裝夾誤差工藝系統(tǒng)受力變形刀具磨損殘余應(yīng)力引起變形測量誤差

工藝系統(tǒng)熱變形第14頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五二、工藝系統(tǒng)的幾何誤差

1、機(jī)床誤差加工中，刀具相對于工件的成形運(yùn)動，通常都是通過機(jī)床完成的。工件的加工精度在很大程度上取決于機(jī)床的精度。機(jī)床制造誤差中對工件加工精度影響較大的誤差有：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動誤差。第15頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五主軸回轉(zhuǎn)誤差理論上機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)時(shí)，回轉(zhuǎn)軸線的空間位置是固定不變的，即它的瞬時(shí)速度為零。而實(shí)際主軸系統(tǒng)中存在著各種影響因素，使主軸回轉(zhuǎn)軸線的位置發(fā)生變化。將主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對理想回轉(zhuǎn)軸線漂移在誤差敏感方向上的最大變動量稱為主軸回轉(zhuǎn)誤差。主軸回轉(zhuǎn)誤差分解為徑向圓跳動、軸向圓跳動和角度擺動三種不同形式的誤差。第16頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五第17頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

徑向圓跳動是主軸回轉(zhuǎn)軸線相對于平均回轉(zhuǎn)軸線在徑向的變動量。車外圓時(shí)它使加工面產(chǎn)生圓度和圓柱度誤差。產(chǎn)生徑向圓跳動誤差的主要原因有：主軸支承軸頸的圓度誤差、軸承工作表面的圓度誤差等。

軸向圓跳動是主軸回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線方向的變動量。車端面時(shí)它使工件端面產(chǎn)生垂直度、平面度誤差。產(chǎn)生軸向國跳動的原因是主軸軸肩端面和推力軸承承載端面對主軸回轉(zhuǎn)軸線有垂直度誤差。第18頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

角度擺動主軸回轉(zhuǎn)軸線相對平均回轉(zhuǎn)軸線成一傾斜角度的運(yùn)動。車削時(shí)，它使加工表面產(chǎn)生圓柱度誤差和端面的形狀誤差。提高主軸及箱體軸承孔的制造精度，選用高精度的軸承，提高主軸部件的裝配精度，對主軸部件進(jìn)行平衡，對滾動軸承進(jìn)行預(yù)緊等，均可提高機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度。第19頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

導(dǎo)軌誤差

導(dǎo)軌是機(jī)床中確定各主要部件相對位置關(guān)系的基準(zhǔn)。（1）導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差對加工精度的影響第20頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

導(dǎo)軌在水平面內(nèi)有直線度誤差Δy時(shí)，在導(dǎo)軌全長上刀具相對于工件的正確位置將產(chǎn)生Δy的偏移量，使工件半徑產(chǎn)生ΔR=Δy的誤差。導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差將直接反映在被加工工件表面的法線方向（誤差敏感方向）上，對加工精度的影響最大。第21頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

（2）導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差對加工精度的影響第22頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)有直線度誤差Δz時(shí)，也會使車刀在水平面內(nèi)發(fā)生位移，使工件半徑產(chǎn)生誤差ΔR。與Δz值相比，ΔR屬微小量，由此可知，導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差對加工精度影響很小，一般可忽略不計(jì)。

第23頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五（3）導(dǎo)軌間的平行度誤差對加工精度的影響第24頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

當(dāng)前后導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)有平行度誤差（扭曲誤差）時(shí)，刀架將產(chǎn)生擺動，刀架沿床身導(dǎo)軌作縱向進(jìn)給運(yùn)動時(shí)，刀尖的運(yùn)動軌跡是一條空間曲線，使工件產(chǎn)生圓柱度誤差。導(dǎo)軌間在垂直方向有平行度誤差時(shí)，將使工件與刀具的正確位置在誤差敏感方向產(chǎn)生偏移量，使工件半徑產(chǎn)生ΔR=Δy的誤差，對加工精度影響較大。

第25頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

除了導(dǎo)軌本身的制造誤差之外，導(dǎo)軌磨損是造成機(jī)床精度下降的主要原因。選用合理的導(dǎo)軌形狀和導(dǎo)軌組合形式，采用耐磨合金鑄鐵導(dǎo)軌、鑲鋼導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌以及對導(dǎo)軌進(jìn)行表面淬火處理等措施均可提高導(dǎo)軌的耐磨性。第26頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五圖4-7滾齒機(jī)傳動系統(tǒng)圖傳動鏈誤差第27頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

傳動鏈誤差：是指傳動鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃釉鄬\(yùn)動的誤差。一般用傳動鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。機(jī)床傳動鏈誤差是影響表面加工精度的主要原因之一。提高傳動元件的制造精度和裝配精度，減少傳動件數(shù)，均可減小傳動鏈誤差。第28頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

2、刀具的幾何誤差

刀具誤差對加工精度的影響隨刀具種類的不同而不同。采用定尺寸刀具（例如鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀、圓拉刀等）加工時(shí)，刀具的尺寸誤差和磨損將直接影響工件尺寸精度。采用成形刀具（例如成形車刀、成形銑刀、齒輪模數(shù)銑刀、成形砂輪等）加工時(shí)，刀具的形狀誤差和磨損將直接影響工件的形狀精度。對于一般刀具（例如車刀、健刀、銑刀等），其制造誤差對工件加工精度無直接影響。第29頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

刀具的尺寸磨損量NB是在被加工表面的法線方向上測量的。新刃磨刀具切削初期，刀具磨損較劇烈，這段時(shí)間的刀具磨損量稱為初期磨損量NB；進(jìn)入正常磨損階段后，磨損量與切削路程成正比，其斜率稱為相對磨損，相對磨損表示每切削1000m路程刀具的尺寸磨損量；當(dāng)切削路程時(shí)，磨損急劇增加，這時(shí)應(yīng)停止切削。第30頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

刀具的尺寸磨損量可用下式計(jì)算

選用新型耐磨刀具材料，合理選用刀具幾何參數(shù)和切削用量，正確刃磨刀具，正確采用冷卻潤滑液等，均可減少刀具的尺寸磨損。必要時(shí)，還可采用補(bǔ)償裝置對刀具尺寸磨損進(jìn)行自動補(bǔ)償。

第31頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

夾具的作用是使工件相對于刀具和機(jī)床占有正確的位置，夾具的幾何誤差對工件的加工精度（特別是位置精度）有很大影響。在如圖所示鉆床夾具中，影響工件孔軸線a與底面B間尺寸L和平行度的因素有：鉆套軸線與夾具定位元件支承平面C間的距離和平行度誤差；夾具定位元件支承平面C與夾具體底面d的垂直度誤差；鉆套孔的直徑誤差等。

3、夾具的幾何誤差第32頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五第33頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，對夾具上直接影響工件加工精度的有關(guān)尺寸的制造公差一般取為工件上相應(yīng)尺寸公差的1／2－1／5。夾具元件磨損將使夾具的誤差增大。為保證工件加工精度，夾具中的定位元件、導(dǎo)向元件、對刀元件等關(guān)鍵易損元件均需選用高性能耐磨材料制造。

第34頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五（一）工藝系統(tǒng)剛度1、工藝系統(tǒng)剛度機(jī)械加工中，工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、傳動力、慣性力和重力等的作用下，將產(chǎn)生相應(yīng)變形,使工件產(chǎn)生加工誤差。工藝系統(tǒng)在外力作用下產(chǎn)生變形的大小，不僅取決于作用力的大小，還取決于工藝系統(tǒng)的剛度。三、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差第35頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五第36頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

垂直作用于工件加工表面的背向力與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形y的比值，稱為工工藝系統(tǒng)剛度（N／㎜）工藝系統(tǒng)在某一位置受力作用產(chǎn)生的變形量應(yīng)為工藝系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)在此位置受該力作用產(chǎn)生的變形量的代數(shù)和，即第37頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五根據(jù)剛度定義，知，，，將它們代入上式得，

由式（4－6）知，工藝系統(tǒng)剛度的倒數(shù)等于系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)剛度的倒數(shù)之和。若已知各組成環(huán)節(jié)的剛度，即可由式（4－6）求得工藝系統(tǒng)剛度。工藝系統(tǒng)剛度主要取決于薄弱環(huán)節(jié)的剛度。

第38頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五2．機(jī)床剛度

機(jī)床結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，它由許多零、部件組成，其剛度值迄今尚無合適的簡易計(jì)算方法，目前主要還是用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測定。測得機(jī)床部件剛度、、之后，就可以通過計(jì)算求得機(jī)床剛度。第39頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

由剛度定義，上式可寫為機(jī)床剛度與各組成部件的剛度的關(guān)系式為:

分析上式可知，機(jī)床剛度取決于其組成部件的剛度，并主要取決于薄弱部件的剛度，提高機(jī)床剛度要從提高弱剛度部件的剛度入手。第40頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五3．機(jī)床部件剛度如下圖是一臺車床刀架部件的實(shí)測度曲線圖，曲線反映了三次加載、卸載過程中的變形情況。分析如圖所示刀架剛度試驗(yàn)曲線可知，機(jī)床部件剛度具有以下特點(diǎn)；

l）變形與載荷不成線性關(guān)系，曲線上各點(diǎn)的實(shí)際剛度（各點(diǎn)斜率）是不同的，這說明機(jī)床部件的變形不純粹是彈性變形。第41頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五第42頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

2）加載曲線和卸載曲線不重合，卸載曲線滯后于加載曲線；兩曲線所包容的面積代表加載和卸載循環(huán)中消耗的能量，它消耗于克服部件內(nèi)零件間摩擦力和接觸塑性變形所做的功。

3）第一次卸載后，刀架恢復(fù)不到第一次加載的起點(diǎn)，這說明有殘余變形存在，經(jīng)多次加載和卸載后，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。第43頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

4）部件實(shí)測剛度遠(yuǎn)比按實(shí)體結(jié)構(gòu)估算值小。一個外形尺寸很大的刀架，它的實(shí)測平均剛度值只相當(dāng)于一個截面積較小的鑄鐵懸臂梁的剛度，其原因在于刀架外形尺寸看起來很大，但它是由許許多多零件組裝而成，零件間有間隙，結(jié)合面間有接觸變形，由于這些因素的影響，總的變形就大了。第44頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五（二）工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響

1．加工過程中由于工藝系統(tǒng)剛度發(fā)生變化引起的誤差

第45頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五第46頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五2．由于切削力變化引起的誤差

加工過程中，由于毛坯加工余量和工件材質(zhì)不均等因素，會引起切削力變化，使工藝系統(tǒng)變形發(fā)生變化。從而產(chǎn)生加工誤差。誤差復(fù)映現(xiàn)象：車削一具有錐形誤差的毛坯，加工表面上必然有錐形誤差；待加工表面上有什么樣的誤差，加工表面上必然也有同樣性質(zhì)的誤差，這就是切削加工中的誤差復(fù)映現(xiàn)象。第47頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

誤差復(fù)映系數(shù)：加工前后誤差之比值，稱為誤差復(fù)映系數(shù)，它代表誤差復(fù)映的程度。分析式（4－11）可知ε與成反比；這表明工藝系統(tǒng)剛度愈大，誤差復(fù)映系數(shù)愈小，加工后復(fù)映到工件上的誤差值就愈小。尺寸誤差和形位誤差都存在復(fù)映現(xiàn)象。如果我們知道某加工工序的復(fù)映系數(shù)，就可以通過測量待加工表面的誤差統(tǒng)計(jì)值來估算加工后工件的誤差統(tǒng)計(jì)值。第48頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

當(dāng)工件表面加工精度要求高時(shí)，須經(jīng)多次切削才能達(dá)到加工要求。第一次切削的復(fù)映系數(shù)；第二次切削的復(fù)映系數(shù)，…，則該加工表面總的復(fù)映系數(shù)因每個復(fù)映系數(shù)均小于1，故總的復(fù)映系數(shù)將是一個很小的數(shù)值。第49頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

（三）減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑由工藝系統(tǒng)剛度表達(dá)式（4－4）可知，減少工藝系統(tǒng)變形的途徑為：提高工藝系統(tǒng)剛度；減小切削力及其變化。

1．提高工藝系統(tǒng)剛度提高工藝系統(tǒng)剛度應(yīng)從提高其各組成部分薄弱環(huán)節(jié)的剛度入手，這樣才能取得事半功倍的效果。提高工藝系統(tǒng)剛度的主要途徑是：第50頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

（1）設(shè)計(jì)機(jī)械制造裝備時(shí)應(yīng)切實(shí)保證關(guān)鍵零部件的剛度在機(jī)床和夾具中應(yīng)保證支承件（如床身、立柱、橫梁、夾具體等）。主軸部件和傳動件有足夠的剛度。（2）提高接觸剛度提高接觸剛度是提高工藝系統(tǒng)剛度的關(guān)鍵。減少組成件數(shù)，提高接觸面的表面質(zhì)量，均可減少接觸變形，提高接觸剛度。對于相配合零件，可以通過適當(dāng)預(yù)緊消除間隙，增大實(shí)際接觸面積。第51頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五（3）采用合理的裝夾方式和加工方法提高工件的裝夾剛度，應(yīng)從定位和夾緊兩個方面采取措施。第52頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五2．減小切削力及其變化

改善毛坯制造工藝，減小加工余量，適當(dāng)增大前角和后角，改善工件材料的切削性能等均可減小切削力。為控制和減小切削力的變化幅度，應(yīng)盡量使一批工件的材料性能和加工余量保持均勻。

第53頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五四、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差

工藝系統(tǒng)在熱作用下產(chǎn)生的局部變形，會破壞刀具與工件的正確位置關(guān)系，使工件產(chǎn)生加工誤差。熱變形對加工精度影響較大，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占到工件加工總誤差的40％－70％。隨著高精度、高效率及自動化加工技術(shù)的發(fā)展，工藝系統(tǒng)熱變形問題日益突出。第54頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

（一）工藝系統(tǒng)的熱源

l．切削熱

切削加工過程中，消耗于切削層彈、塑性變形及刀具與工件、切屑間摩擦的能量，絕大部分轉(zhuǎn)化為切削熱。切削熱將傳入工件、刀具、切屑和周圍介質(zhì)，它是工藝系統(tǒng)中工件和刀具熱變形的主要熱源。第55頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

在車削加工中，傳給工件的熱量占總切削熱的30％左右，切削速度越高，切屑帶走的熱量越多，傳給工件的熱量就越少；在銑削、刨削加工中，傳給工件的熱量占總切削熱的比例小于30％；在鉆削和健削加工中，因?yàn)榇罅康那行紲粼谒庸た字?，傳給工件的熱量往往超過50％；磨削加工中傳給工件的熱量有時(shí)多達(dá)80％以上，磨削區(qū)溫度可高達(dá)800～1000℃左右。第56頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五2．摩擦熱和動力裝置能量損耗發(fā)出的熱

機(jī)床運(yùn)動部件（如軸承、齒輪、導(dǎo)軌等）為克服摩擦所做機(jī)械功轉(zhuǎn)變的熱量，機(jī)床動力裝置（如電動機(jī)、液壓馬達(dá)等）工作時(shí)因能量損耗發(fā)出的熱，它們是機(jī)床熱變形的主要熱源。

3．外部熱源

主要是指周圍環(huán)境溫度通過空氣的對流以及日光、照明燈具、取暖設(shè)備等熱源通過輻射傳到工藝系統(tǒng)的熱量。第57頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

外部熱源的熱輻射及環(huán)境溫度的變化對機(jī)床熱變形的影響，有時(shí)也是不可忽視的。靠近窗口的機(jī)床受到日光照射的影響，上下午的機(jī)床溫升和變形就不同，而且日照通常是單向的局部的，受到照射的部分與未經(jīng)照射的部分之間就有溫差。

第58頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

熱平衡：工藝系統(tǒng)在工作狀態(tài)下，一方面它經(jīng)受各種熱源的作用使溫度逐漸升高，另一方面，它同時(shí)也通過各種傳熱方式向周圍介質(zhì)散發(fā)熱量。當(dāng)工件、刀具和機(jī)床的溫度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)傳出和傳入的熱量接近相等時(shí)，工藝系統(tǒng)就達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。在熱平衡狀態(tài)下，工藝系統(tǒng)各部分的溫度保持在某一相對固定的數(shù)值上，工藝系統(tǒng)的熱變形將趨于相對穩(wěn)定。第59頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

（二）工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響

1．工件熱變形對加工精度的影響

機(jī)械加工過程中，使工件產(chǎn)生熱變形的熱源主要是切削熱。對于精密零件，環(huán)境溫度變化和日光、取暖設(shè)備等外部熱源對工藝系統(tǒng)的局部輻射等也不容忽視。車削或磨削軸類工件外圓時(shí)，可近似看成是均勻受熱的情況。工件均勻受熱影響工件的尺寸精度，其變形量（mm）可按下式估算：第60頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

對于精密加工，熱變形是一個不容忽視的重要問題。熱變形對精密加工件的影響是很大的。磨削加工薄片類工件的平面,就屬于不均勻受熱的情況，上、下表面間的溫差將導(dǎo)致工件中部凸起，加工中凸起部分被切去，冷卻后加工表面呈中凹形，產(chǎn)生形狀誤差。工件凸起量與工件長度上的平方成正比，且工件越薄，工件的凸起量越大。第61頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五第62頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五Y≈第63頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五2．刀具熱變形對加工精度的影響

使刀具產(chǎn)生熱變形的熱源主要是切削熱。切削熱傳入刀具的比例雖然不大（車削時(shí)約為5％左右），但由于刀具體積小，熱容量小，所以刀具切削部分的溫升仍較高。粗加工時(shí)，刀具熱變形對加工精度的影響一般可以忽略不計(jì)；對于加工要求較高的零件，刀具熱變形對加工精度的影響較大，將使加工表面產(chǎn)生尺寸誤差或形狀誤差。第64頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五3．機(jī)床熱變形對加工精度的影響

使機(jī)床產(chǎn)生熱變形的熱源主要是摩擦熱、傳動熱和外界熱源傳入熱量。由于機(jī)床內(nèi)部熱源分布的不均勻和機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，機(jī)床各部件的溫升是各不相同的，機(jī)床零部件間會產(chǎn)生不均勻的變形，這就破壞了機(jī)床各部件原有的相互位置關(guān)系。不同類型的機(jī)床，其主要熱源各不相同,熱變形對加工精度的影響也不相同。第65頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

車床、銑床和鉆、鏜類機(jī)床的主要熱源來自主軸箱。車床主軸箱的溫升將使主軸升高；由于主軸前軸承的發(fā)熱量大于后軸承的發(fā)熱量，故主軸前端比后端高；主軸箱的熱量傳給床身，還會使床身和導(dǎo)軌向上凸起。磨床通常都有液壓傳動系統(tǒng)和高速回轉(zhuǎn)的磨頭，并使用大量切削液，它們都是磨床的主要熱源。第66頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五第67頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五第68頁，共75頁，2023年，2月20日，星期五

（三）減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑