第5章机械加工质量与控制分析报告.ppt

* 圆柱类工件热变形 5级丝杠累积误差全长≤5μm，可见热变形的严重性 式中 ΔL， ΔD —— 长度和直径热变形量； L，D —— 工件原有长度和直径； α—— 工件材料线膨胀系数； Δt —— 温升。 长度： 直径： 例：长400mm丝杠，加工过程温升1℃，热伸长量为： 5.4.2 工件热变形对加工精度影响 工件均匀受热 * 式中 ΔX —— 变形挠度； L，S ——工件原有长度和厚度； α—— 工件材料线膨胀系数； Δt —— 温升。 板类工件单面加工时的热变形 平面加工热变形 ΔX φ/ 4 φ L S 此值已大于精密导轨平直度要求 结果：加工时上表面升温，工件向上拱起，磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。 例：高600mm，长2000mm的床身，若上表面温升为3℃，则变形量为： 5.4.2 工件热变形对加工精度影响 工件不均匀受热 * 5.4.3 刀具热变形对加工精度影响 体积小，热容量小，达到热平衡时间较短 温升高，变形不容忽视（达0.03 ～0.05mm） 特点 变形曲线 式中 ξ—— 热伸长量； ξmax —— 达到热平衡热伸长量； τ—— 切削时间； τc —— 时间常数（热伸长量为热平衡热伸长量约63%的时间，常取3～4分钟）。 τ(min) 车刀热变形曲线 连续切削升温曲线 冷却曲线 间断切削升温曲线 ξ（μm） ξmax τb 0 τc 0.63ξmax 刀具热变形 * 5.4.4 机床热变形对加工精度影响 体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长 结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著 运转时间 / h 0 1 2 3 4 50 150 100 200 位移 /μm 20 40 60 80 温升 / ℃ ΔY ΔX 前轴承温升 车床受热变形 a） 车床受热变形形态 b） 温升与变形曲线 机床热变形特点 车床热变形 * 5.4.4 机床热变形对加工精度影响 立铣 立式铣床、外圆磨床、导轨磨床受热变形 a）铣床受热变形形态 b）外圆磨床受热变形形态 c）导轨磨床受热变形形态 外圆磨 导轨磨 其他机床热变形 * 5.4.5 减小热变形对加工精度影响的措施 例：磨床油箱置于床身内，其发热使导轨中凹 解决：导轨下加回油槽 平面磨床补偿油沟 又例：立式平面磨床立柱前壁温度高，产生后倾。 解决：采用热空气加热立柱后壁 均衡立柱前后壁温度场 减少切削热和磨削热，粗、精加工分开。 充分冷却和强制冷却。 隔离热源。 减少热源发热和隔离热源 均衡温度场 * 热对称结构 双端面磨床主轴热补偿 1—主轴 2—壳体 3—过渡套筒 热伸长方向 采用合理结构 5.4.4 减小热变形对加工精度影响的措施 热补偿结构（例主轴热补偿） 加工中心热对称结构立柱 * 支承距影响热变形 L1 L2 合理选择装配基准 高速空运转 人为加热 恒温 人体隔离 采用合理结构 5.4.4 减小热变形对加工精度影响的措施 加速达到热平衡 控制环境温度 车床主轴箱定位面位置选择 x -y Δx Δy Δy * 机械制造技术基础 5.5 加工误差统计分析 Statistic Analysis of Machining Errors 第5章 机械加工精度及其控制 Analysis and Control of Machining Precision * 5.5.1 加工误差的性质 系统误差 在顺序加工一批工件中，其大小和方向均不改变，或按一定规律变化的加工误差。 ◆ 常值系统误差——其大小和方向在一次加工中均不改变。如加工原理误差，机床、夹具、刀具的制造误差，工艺系统在均匀切削力作用下的受力变形，调整误差，机床、夹具、量具的磨损等因素引起的加工误差。 ◆ 变值系统误差——误差大小和方向按一定规律变化。如机床、夹具、刀具在热平衡前的热变形，刀具磨损等因素引起的加工误差。 加工误差 系统误差 随机误差 常值系统误差 变值系统误差 加工误差统计特性 * 5.5.1 加工误差的性质 ◆ 在顺序加工一批工件中，其大小和方向随机变化的加工误差。 ◆ 随机误差是工艺系统中大量随机因素共同作用而引起的。 ◆ 随机误差服从统计学规律。 ◆ 如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的随机变化而造成的加工误差；定位误差；夹紧误差；残余应力引起的变形等。 随机误差 * 解决途径 常值性误差：查明大小和方向，可通过相应的调整