加工精度分析

加工精度分析第一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五§1.1.2.獲得加工精度的方法

一獲得尺寸精度的方法

1試切法

邊加工邊測量，直到達到加工精度要求。如圖1-1所示。

2調(diào)整法（定程法）

圖1-2先用試切法或用樣板、樣件、對刀元件等確定刀具、夾具與工件之間的位置。

第二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五圖1-1試切法圖1-2調(diào)整法返回第三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五3定尺寸刀具法

采用一定精度的定尺寸刀具進行加工。如圖1-3所示

4自動獲得法（主動測量法）圖1-3定尺寸刀具法第四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五二獲得形狀精度的方法

1軌跡法

依靠刀具與工件之間的相對運動軌跡獲得工件的形狀。如（圖1-4）所示2成形法

利用刀具刃口形狀獲得工件的形狀精度。如(圖1-5）所示3展成法

利用刀具與工件之間嚴(yán)格的嚙合運動形成的包絡(luò)線形成工件的形狀。如（圖1-6）所示第五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五圖1-4軌跡法車錐體返回第六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五圖1-5用成形車刀車球面返回第七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五圖1-6展成法滾齒返回第八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五三獲得位置精度的方法1、一次安裝法

在一次安裝中把位置精度要求高的表面加工出來，主要靠機床各部件之間的位置精度來保證。如圖1-7所示2、多次安裝法

在多次安裝中完成各個表面的加工。如較復(fù)雜的箱體加工，往往要經(jīng)過多道工序的加工，其位置精度要靠機床和夾具共同保證。如圖1-8所示第九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五圖1-7一次安裝法返回第十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五圖1-8多次安裝法返回第十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五§1.1.3研究加工精度的方法

一誤差因素分析法

利用因果圖（魚刺圖）通過測試、分析、計算，找出導(dǎo)致誤差的主要因素。如圖1-9所示，二統(tǒng)計分析法

利用統(tǒng)計分析原理對測試結(jié)果進行處理，找出誤差規(guī)律，指導(dǎo)生產(chǎn)。1分布曲線法

2點圖法第十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五圖1-9誤差因素分析法返回第十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五誤差合成計算公式

1

找出主要致差因素后，可按下式進行合成求出系統(tǒng)綜合誤差：2當(dāng)各個因素呈現(xiàn)函數(shù)關(guān)系時可對各誤差因素求偏導(dǎo)數(shù)，以全微分表示誤差的關(guān)系：第十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五

1產(chǎn)品的制造過程

加工精度是在生產(chǎn)過程中獲得的，誤差是在加工過程中形成的，所以致差原因及其對策要到制造過程中去找（圖1-10）2十大原始誤差

§1.1.4加工誤差的來源第十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五圖1-10產(chǎn)品的制造過程返回第十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五

1.2.1原理誤差（方法誤差）

利用近似的加工運動或近似的刀具輪廓，進行加工形成的誤差稱為原理誤差。又稱理論誤差。

§1.2工藝系統(tǒng)幾何誤差及原理誤差

第十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五例1銑制齒輪（圖1-11）

用模數(shù)銑刀銑齒輪時，因為齒形是基圓半徑的函數(shù)，同模數(shù)，齒數(shù)不同，漸開線形狀也不一樣。即每種模數(shù)、每種齒數(shù)都應(yīng)有相對應(yīng)的銑刀。這是一個排列組合問題，數(shù)量大得無法辦得到。實際上每種模數(shù)用8～15把刀管所有的齒數(shù)。必然帶來誤差。圖1-11第十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五例2滾切齒輪（圖1-12）

漸開線齒形理想表面為連續(xù)的漸開線，但是，由于滾刀刀齒不連續(xù)（若連續(xù)即為普通蝸桿，無切削能力）,使每個刀齒之間總有一定距離。所以齒形實際上是一系列的折線組成的。圖1—12第十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五例3車制蝸桿（圖1-13）

在車床上車制蝸桿時，機床掛輪比i=i1*i2*i3=P/T=πm/T，式中π為無理數(shù)，不可能得到精確值。必然導(dǎo)致工件誤差。P—工件蝸桿導(dǎo)程,m—蝸輪模數(shù)，T—車床絲桿螺距圖1—13

第二十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五§1.2.2機床誤差（1）

機床雖然制造精度要求比普通機械高，但仍存在誤差。其誤差主要來自四個方面：1）制造誤差；2）安裝調(diào)整誤差；3）使用磨損；4）受力受熱變形。機床誤差對加工精度影響較大的有：主軸軸系誤差；導(dǎo)軌誤差與傳動鏈誤差。1.2.2.1主軸軸系誤差

按誤差性質(zhì)可分為幾何偏心和運動偏心。

造成幾何偏心的原因是:主軸錐孔與軸線不同軸；定心外圓前后不同軸；軸肩支承面與軸線不垂直；軸頸的形狀誤差。第二十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五一主軸的徑向跳動

例1

車床主軸與主軸承為間隙配合，設(shè)主軸軸頸有圓度誤差為橢圓形，F(xiàn)y＞F重。試分析對工件精度的影響。如圖1-14分析

■Fy方向不變，主軸頸與主軸承貼合點不變；

■主軸頸各點依次在貼合點與軸承接觸；

■主軸中心在某個范圍波動，導(dǎo)致工件誤差，大小取決于主軸頸；

■主軸承形狀誤差對工件無影響，工件橢圓與主軸相差π/2。圖1-14車外圓時的主軸頸與主軸承第二十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五例2

鏜床主軸與主軸承為間隙配合，設(shè)主軸軸頸有圓度誤差（橢圓形）Fy＞F重。試分析對工件精度的影響。圖1-15

分析

▲Fy方向不斷變化，主軸頸與主軸承貼合點也不斷變化；

▲由于主軸（與鏜桿相連）的貼合點不變，其形狀誤差對加工精度無影響。

▲主軸承形狀誤差將直接反映到工件上。

結(jié)論

分析主軸與主軸承對加工精度的影響時，F(xiàn)y方向不變找主軸，反之，找主軸承。徑向跳動將影響工件的形狀精度。圖1-15鏜孔時的主軸頸與主軸承第二十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五例3試分析車床主軸軸肩與主軸承端面跳動對加工精度的影響

分析

★主軸軸肩面與主軸承端面兩者只要有一個基本無誤差，由于軸向預(yù)緊力Q的作用，不會發(fā)生軸向竄動。（圖1-16a，b）

★當(dāng)兩者都有誤差時會產(chǎn)生軸向竄動，其竄動量的大小等于其中較小的那一個。（圖1-16c）

★軸向竄動使工件作往復(fù)運動，此誤差對車外圓無影響；對車螺紋影響較大，導(dǎo)致螺距誤差；其次影響車端面，使端面形成螺旋面。圖1-16主軸軸肩與主軸承的端面跳動第二十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五§1.2.2機床誤差（2）

1.2.2.2機床導(dǎo)軌誤差(1)一機床導(dǎo)軌對加工精度的影響

導(dǎo)軌是機床各部件的主要基準(zhǔn)，將直接影響到工件的精度。

1導(dǎo)軌的直線度

以車床為例，若導(dǎo)軌水平面有△y的誤差，則工件直徑將產(chǎn)生2△y的誤差（圖1-17a)若在導(dǎo)軌垂直面內(nèi)有△Z的誤差（見圖1-17b）

第二十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五返回圖1—17第二十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五2導(dǎo)軌與主軸不平行

導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)不平行，將使工件車成雙曲線回轉(zhuǎn)體。（見圖1-18）3導(dǎo)軌的扭曲

以磨床為例（圖1-19）,設(shè)機床中心高為H，導(dǎo)軌寬度為B，則扭曲引起工件直徑的變化量為（磨床H=B）

△D=2△R

=2△H×H/B

=2△H第二十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五水平面不平行

垂直面內(nèi)不平a)車成錐體

b)車成雙曲線體圖1-18導(dǎo)軌誤差導(dǎo)致的誤差返回第二十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五圖1-19導(dǎo)軌扭曲導(dǎo)致的誤差返回第二十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五

1.2.2.2機床導(dǎo)軌誤差（2）二提高機床導(dǎo)軌精度的措施

1選擇合理的導(dǎo)軌形狀和組合形式（圖1-20）

2提高機床導(dǎo)軌的制造精度

3采用靜壓導(dǎo)軌或貼塑導(dǎo)軌

（如圖1-21所示）

§1.2.2機床誤差（3）

第三十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五返回圖1—20第三十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五返回圖1—21第三十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五

1.2.2.3機床傳動鏈誤差

一、機床的傳動鏈誤差的影響

在需要保持工件與刀具嚴(yán)格的運動關(guān)系的內(nèi)聯(lián)系傳動中，必須嚴(yán)格控制傳動鏈?zhǔn)啄┒思南鄬\動誤差，特別是末端件的精度。

如車螺紋、銑螺旋槽、滾齒、插齒等等，都要求保持工件與刀具嚴(yán)格的運動關(guān)系。二、減少傳動鏈誤差的措施§1.2.2機床誤差(4)

第三十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五例如：在車床上加工絲桿，若第一齒輪有轉(zhuǎn)角誤差△Φ1，試分析對工件螺距誤差的影響。（見圖1-22）

解：

i=Z1/Z2=Φ1/Φ2=n2/n1

△Ф5=i4×i3×i2×i1×△φ1

T/2π=△P/△φ5

∴△P=T/2π(i4×i3×i2×i1×△φ1)

式中：T——機床絲桿螺距；

△P——工件螺距誤差；

i——傳動比。第三十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五返回圖1-22第三十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五

一刀具制造誤差對加工精度的影響

可調(diào)刀具——因磨損后可調(diào)整進刀量進行補償,所以無直接影響（如車刀、刨刀、單刃鏜刀等）。

不可調(diào)刀具——定尺寸刀具：如鉆頭、鉸刀、拉刀等；成形刀具：如圓球車刀、模數(shù)銑刀（圖1-23）等二刀具磨損誤差對加工精度的影響

刀具在調(diào)定后，加工過程中產(chǎn)生磨損，無論是可調(diào)刀具還是不可調(diào)刀具，對加工精度都有影響。(圖1-24)

§1.2.3刀具誤差第三十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五返回圖1－23第三十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五圖1-24

返回第三十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五以車削外圓為例，磨損對一件工件而言將產(chǎn)生錐度，對一批工件而言將使工件平均尺寸上升。磨損誤差是系統(tǒng)性誤差，可用公式表達：

μ=μc+Lμ0

式中：μ——總磨損量，μm

μc——初始磨損量，μm

μ0——單位磨損量，μm/km

L——切削路程，km。例：用YT15車刀加工長5M的絲桿外圓，工件材料為45鋼，要求加工后D=Ф100h7。選V=150m/min，f=0.3mm/r，ap=1.5mm。1）計算工件因刀具磨損而引起的誤差。2）能否滿足工件的精度要求，若不滿足應(yīng)取何對策？

解：1）A求總磨損量根據(jù)切削條件查表，μC=8μm，μ0=8μm。

切削路程L=πDn總=π×100×5000/0.3/106=5.236km

μ=μc+Lμ0=8+5.236×8=49.888μm≈50μm

B求磨損引起的直徑增量

△D=2μ=2×50=100μm=0.1mm

2)查公差表，h7的公差為0.035mm.顯然0.1>>0.035第三十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五

三對策

A提高刀具耐用度（如更換刀具材料，對刀具進行涂層處理等）。

B采用可補償性刀具（如用電致伸縮器）。

C采用數(shù)控車床加工，對其磨損自動進行補償。

D留加工余量，采用高一級的加工方法精加工（如磨削）。第四十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五

夾具的制造誤差與磨損也直接影響工件的加工精度，其中以定位元件與刀具導(dǎo)引件影響較大。

如圖1-25所示結(jié)論：在大批量生產(chǎn)中，應(yīng)嚴(yán)格控制夾具的制造誤差與磨損，尤其是定位元件與刀具導(dǎo)引件。夾具的相關(guān)公差應(yīng)取工件公差的1/3～1/5。§1.2.4夾具的制造誤差與磨損

第四十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五返回圖1-25第四十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五一調(diào)整誤差

加工時機床、夾具、刀具、工件的相對位置未調(diào)準(zhǔn)確而產(chǎn)生的誤差稱為調(diào)整誤差。主要產(chǎn)生于調(diào)整法加工。二工件的安裝誤差的來源

定位基面與定位元件未貼緊；(見例子）

定位面間的間隙；

定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合；

夾緊變形?！?.2.5安裝與調(diào)整誤差

第四十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五例：如圖1-26所示，在臥式銑床上用兩把三面刃銑刀同時銑某儀表機床底座導(dǎo)軌兩側(cè)面，要求銑后兩側(cè)面相對于端面垂直度0.08。工件以底面作為主定位面，置于銑床工作臺上,以側(cè)面作為導(dǎo)向面，設(shè)置兩個支承釘。因批量不大，用螺栓壓板壓在工作臺上。銑完后發(fā)現(xiàn)，兩側(cè)面相對于端面垂直度達0.5左右，大大超出規(guī)定的公差。分析原因，是在擰緊螺栓時的摩擦力矩使工件一頭脫離了支承釘。第四十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五圖1-26銑導(dǎo)軌兩側(cè)面返回第四十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五

機械加工中，工藝系統(tǒng)在切削力、重力、夾緊力、慣性力等外力作用下，都會發(fā)生變形，破壞刀刃與工件的相對位置，導(dǎo)致加工誤差?！?.3.1工藝系統(tǒng)的剛度

1、工藝系統(tǒng)是一個彈性系統(tǒng)。(圖1-27)，受力后易產(chǎn)生變形。

2、影響機理工藝系統(tǒng)各種力的作用下

§1.3工藝系統(tǒng)的受力變形

第四十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五返回圖1-27第四十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五3、變形y的大小

變形y的大小取決于作用力F的大小和工藝系統(tǒng)的剛度K（系統(tǒng)自身抵抗變形的能力）。

剛度K=作用力F/變形y（N/mm)

4、工藝系統(tǒng)的剛度計算

yxt=yjc+yd+yg+yjj

式中:yxt——工藝系統(tǒng)的剛度；yjc——機床的剛度；yd——刀具的剛度；yg——工件的剛度；yjj——夾具的剛度；Kxt、Kjc、Kd、Kg、Kjj分別為工藝系統(tǒng)、機床、刀具、夾具的剛度。第四十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五§1.3.2工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響

1.3.2.1工藝系統(tǒng)的受力變形（1）一切削中剛度變化引起的誤差

1、機床的變形

機床是影響機加工精度最主要的因素，機床的變形是各部件變形的綜合結(jié)果。

如圖1-28所示，第四十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五圖1-28在兩頂尖裝夾下車外圓

返回第五十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五由此可得機床剛度的計算公式

第五十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五1.3.2.2工藝系統(tǒng)的受力變形（2）

3工藝系統(tǒng)的總變形

由于刀具的變形比較小，略去不計。所以yxt=yjc+yg把前面的（4）（5）式代入得第五十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五由上式可見，當(dāng)Kjc大、Kg小時，工件讓刀，加工后工件呈腰鼓形(如圖1-29a所示)；當(dāng)Kjc小、Kg大時，兩頭讓刀大，中間為床頭與尾座共同承擔(dān)，讓刀小，加工后工件呈雙曲線形(如圖1-29b所示)。圖1-29第五十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五二毛坯誤差的復(fù)映

1毛坯誤差復(fù)映規(guī)律

加工中發(fā)現(xiàn)，毛坯橫截面若有橢圓形誤差，想車成圓形，走一次刀后測量，工件還是橢圓形（圖1-30a）。毛坯的軸向若為階梯形，想車成光軸，走一次刀后發(fā)現(xiàn)，工件還是階梯形（圖1-30b）。毛坯誤差依然存在，只不過誤差的大小不同。毛坯誤差按遞減規(guī)律傳給工件叫毛坯誤差復(fù)映規(guī)律。圖1-30第五十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五在圖1-30左圖中，

△m=1/2（a-b)=ap1-ap2

式中△m—毛坯誤差；

a、b—分別為毛坯長徑、短徑；

ap1、ap2—分別為長、短徑方向的背吃刀量。

2工件誤差的計算

△g=y1-y2=(Fy1-Fy2)/Kxt

式中△g—工件誤差(mm)；y1、y2—長、短徑方向的變形(mm)；

Fy1、Fy2—長、短徑方向的徑向力(N)；Kxt—系統(tǒng)剛度(N/mm)。

Fy1=CFyf0.75ap1=Cap1

Fy2=CFyf0.75ap2=Cap2(C=CFyf0.75)

式中CFy—與工件材料有關(guān)的系數(shù)；f—進給量（mm/r）；ap—背吃刀量（mm）；

∴△g=C(ap1-ap2)/Kxt

令△g/△m=ε則ε=C/Kxt

第一次車△g1=ε△m

第二次車△g2=ε△g1=ε2△m...

∴第i次車△gi=εi△m

分析：1）毛坯誤差復(fù)映的本質(zhì)是系統(tǒng)的剛度?！遹=Fy/Kxt,而Fy=CFyf0.75ap，

由于ap1>ap2—→Fy1>Fy2—→y1>y2—→D1>D2∴毛坯誤差傳給工件是必然的，采用調(diào)整法加工影響顯著。

2）毛坯誤差要經(jīng)過幾次加工才能消除，∴零件要經(jīng)過多次加工,才能達到較高精度。

3）∵ε=10-1～10-2,△gi=εi△m,∴毛坯誤差減少得很快，一般只需2～3次即可消除。

第五十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五

三慣性力引起的誤差

旋轉(zhuǎn)質(zhì)量不平衡時會產(chǎn)生離心力Q，(圖1-31)因Q的方向不斷變化，當(dāng)Q與Fy方向相同時將減少切深，方向相反時將増加切深，車削時使工件形成圓度誤差。

誤差大小可根據(jù)離心力來估算。Y方向上（水平方向）的合力R可按下式計算

Rymax=Fy+Q

Rymin=Fy-Q

式中Rymax、Rymin——Y方向上的最大、最小合力；

Fy——徑向切削力；

Q——離心力。Q=mρω2

ρ—不平衡質(zhì)量質(zhì)心至回轉(zhuǎn)中心的距離；

ω—角速度。1.3.2.3工藝系統(tǒng)的受力變形（3）

第五十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五返回圖1-圖1-31第五十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五由上式可見不平衡質(zhì)量越大，轉(zhuǎn)速越高，加工誤差越大。

生產(chǎn)中常采用反向配重、降低轉(zhuǎn)速來減少誤差。導(dǎo)致的工件變形為

第五十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五1.3.2.4工藝系統(tǒng)的受力變形（4）

四工件的夾緊變形

當(dāng)工件剛度較差時，夾緊力的作用點和大小的選擇非常重要，選擇不當(dāng)將導(dǎo)致較大的誤差。

例1）銑削連桿端面時，F(xiàn)直接加在桿身上，（如圖1-32）所示，由于桿身剛度差，夾緊后兩頭上翹，用銑刀加工平以后，松開工件，彈性恢復(fù)，引起兩孔端面不平行圖1-32夾緊力的作用點選擇第五十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五例2）在車床上鏜薄壁管件的孔，用三爪卡盤夾緊，由于夾緊力過大，產(chǎn)生彈性變形，加工完內(nèi)孔去掉F(夾緊力）后，孔仍然不圓。（見圖1-33）圖1-33第六十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五例3）在平面磨床上磨薄板，一般用電磁盤吸緊工件。當(dāng)工件不平時被吸平，磨完后松開工件，工件又變得不平。（見圖1-34）

結(jié)論應(yīng)該正確對待夾緊

1）夾緊力足夠而不過大；

2）作用于剛性好的部位；

3）以均布載荷代替集中載荷。（見圖1-35）圖1-35

圖1-34第六十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五§1.3.3機床剛度的測定

一靜態(tài)測定法

用螺旋測力器測出工件中間的受力，用千分表測出前后頂尖和刀架的變形量，根據(jù)K=Fy/y計算出剛度。

例如，測定某機床刀架的靜剛度曲線如圖1-36所示，紅線為加載曲線，藍線為卸載曲線，一般用兩端連線的斜率表示平均剛度。

K=Fy/y≈240/0.052=4600N/mm圖1-36第六十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五二動態(tài)測定法

靜態(tài)測定法測定的剛度誤差較大，生產(chǎn)中常用生產(chǎn)狀態(tài)測定法。其原理是根據(jù)毛坯誤差復(fù)映規(guī)律，在一根大剛度軸上車出三個臺階(D)，然后走一次刀車掉臺階，測出三點的直徑（d)，求出三個臺階的誤差復(fù)映系數(shù)ε，即可測出機床剛度。因為ε=△g/△m=C/Kxt，（圖1-37）圖1-37

第六十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五第六十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五圖1-38第六十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五

一定義

互相接觸的兩個表面抵抗變形的能力稱為接觸剛度。兩個互相接觸的表面并非理想的面接觸，實際上只有少量凸峰接觸。在受到外力時就會發(fā)生變形。（圖1-39）二影響接觸剛度的因素

△零件表面幾何形狀誤差及粗糙度（影響接觸面積）；

△薄件本身的變形（如導(dǎo)軌鑲條）；

△間隙與摩擦（交變負(fù)荷影響顯著）。

§1.3.4接觸剛度

第六十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五§1.3.5減少受力變形的措施

一減少切削力

二正確處理F重、F夾

三減少間隙、提高剛度

（圖1-40）第六十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五返回圖1-39第六十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五返回圖1-40第六十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五§1.4工藝系統(tǒng)的熱變形

§1.4.1工藝系統(tǒng)的熱源

一熱源種類

二影響機理

第七十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五§1.4.2工藝系統(tǒng)的溫升及其計算公式

一工藝系統(tǒng)的溫升

1、溫升工藝系統(tǒng)在各種熱源的作用下，溫度逐漸升高，同時又向周圍散熱（溫升曲線見圖1-41）可見，對于精密件的加工，要在工藝系統(tǒng)處于熱平衡階段進行。圖1-41中Tp—平均溫升；Tpmax—熱平衡時的最大平均溫升；τc1—時間常數(shù)，不散熱升至Tpmax所需時間；τc2—時間常數(shù)圖1-41

第七十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五二計算公式1、切削熱的計算

Q=FzVk(J/s=W)式中Fz—主切削力（N）；

V—切削速度（m/s）；

k—傳入的百分比。2、等溫體不散熱時的平均溫升

Tp=qτ/mc（℃）式中q—單位時間內(nèi)輸入物體的熱量（W）；

τ—輸入熱量的時間（s）；

m—物體的質(zhì)量（kg）；

c—物體的比熱（J/kg.℃）。

3、熱平衡時的最大溫升

Tpmax=q/Asαs（℃）

式中As—散熱面積（m2）

αs—物體散熱表面與周圍介質(zhì)的換熱系數(shù)（W/m2℃)第七十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五§1.4.3機床的熱變形及其對工件的影響

一車、銑、鉆、鏜類機床的熱變形

普通車床主要熱源是主軸箱內(nèi)的傳動元件的摩擦熱，主軸箱熱量傳入導(dǎo)軌及導(dǎo)軌與溜板箱之間的摩擦熱使導(dǎo)軌上凸導(dǎo)致主軸抬高并有傾斜。(如圖1-42所示）導(dǎo)致工件產(chǎn)生圓柱度誤差。

圖1-42

第七十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五二磨床類機床熱變形的影響

主要熱源是砂輪架、頭架和液壓系統(tǒng)及冷卻液。

1外圓磨床砂輪架的熱變形使主軸向工件靠近，熱變形使工件軸線與砂輪軸線不平行（圖1-43)。導(dǎo)致工件產(chǎn)生圓柱度誤差。圖1-43第七十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五2平面磨床圓臺平面磨床易使立柱彎曲，（圖1-43）導(dǎo)致砂輪主軸與工作臺產(chǎn)生垂直度誤差；矩臺平面磨床易使導(dǎo)軌面上凸。都會導(dǎo)致工件產(chǎn)生平面度誤差。

圖1-43

第七十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五三大型機床熱變形對加工的影響

大型機床如龍門刨（圖1-44)、龍門銑、立式車床、導(dǎo)軌磨床等，不僅其內(nèi)部熱源影響大，環(huán)境熱的影響也大。因為這類機床的尺寸都很大，稍有溫差就會帶來較大的變形。如一臺長12M高0.8M的導(dǎo)軌磨床，導(dǎo)軌面與底面溫差1℃，其彎曲變形量達0.22mm。圖1-44第七十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五§1.4.4工件與刀具的熱變形一工件的熱變形(一)受熱較均勻

（圖1-45）

圖1-45薄壁環(huán)狀工件的受熱第七十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五長軸工件由于縱向受熱不均勻，使工件產(chǎn)生縱向形狀誤差。如圖1-46所示。尺寸誤差的大小可按下式計算

平均溫升Tp=qτ/mc=FzVτk/mc

直徑變形△D=αDTp

長度變形△L=αLTp

式中α—材料線脹系數(shù)；

D—工件直徑；

L—工件長度。圖1-46第七十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五(二)不均勻受熱

所謂不均勻受熱是指工件單面受熱。如銑、刨、磨加工平面時，由于上下表面溫度不同，導(dǎo)致工件上凸，切削后冷下來變成下凹。造成平面度誤差。（如圖1-47所示）

其平面度誤差可按下式計算

△=αTpL2/8H

式中H—工件厚度（mm)圖1-47第七十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五二刀具的熱變形

切削熱傳入刀具，引起刀具的熱變形，刀桿伸長。變形曲線如圖1-48所示。圖1-48第八十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五

1、減少熱源。如電機、冷卻池、液壓裝置盡量裝在機床外部。

2、采用熱對稱設(shè)計。

如圖1-49所示圖1-49§1.4.5工藝系統(tǒng)熱變形的對策

第八十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五3、采用熱平衡或熱補償。

如圖1-50a所示,平面磨床上使冷卻油在導(dǎo)軌、床身上下循環(huán)；圖b把主軸處的熱空氣通過管道送到后立柱，使之均勻受熱，減少了變形。圖1-50第八十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五

4、加冷卻液、散熱片強制冷卻。

5、建立恒溫室，空載運轉(zhuǎn)待機床熱平衡后再加工。

6、隔熱設(shè)計。

如圖1-51，把立柱里面的電機、變速箱發(fā)出的熱量用隔熱材料隔起來，引出立柱。

7、控制變形方向、使之無害于加工。

圖1-52a中由于箱體的定位塊設(shè)在后導(dǎo)軌上,使孔的變形導(dǎo)致的加工誤差大于圖b。圖1-52圖1-51第八十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五

一產(chǎn)生因素

1毛坯制造引起；(鑄、鍛、焊時，加熱、冷卻不勻，收縮不勻）

2冷校直儲能引起；（外力去掉,應(yīng)力出現(xiàn),導(dǎo)致變形）

3切削加工引起；（塑性變形不均；鑄件切去外表，破壞原有平衡，如圖1-53所示，加工完后，殘余應(yīng)力出現(xiàn)，導(dǎo)致導(dǎo)軌變形。）

4金相組織轉(zhuǎn)化不勻。(組織不同,體積不同)§1.5殘余應(yīng)力引起的變形

圖1-53第八十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五二變形特點

三減少變形的對策

1正確設(shè)計毛坯結(jié)構(gòu)及制造工藝（鑄件壁厚均勻，圓角過渡,如圖1-54所示，減少熱節(jié)，砂型預(yù)熱，開箱不要過早，焊縫均勻等）

2合理劃分工段（粗精分開）、適當(dāng)熱處理（加工過程中應(yīng)安排時效處理。）圖1-54第八十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期五一測量誤差產(chǎn)生的因素