第二章 机械加工精度及控制(3-4节)课件.pptVIP

五、减少工艺系统受力变形的措施 2．提高工件的刚度 3．提高机床部件的刚度 4．合理装夹工件以减少夹紧变形 §2.4 工艺系统热变形对加工精度的影响 工艺系统热的产生 工艺系统热变形对加工精度的影响 减少工艺系统热变形对加工精度影响的措施 一、概述 在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引起的加工误差占总误差的约40～70%。 温度场——工艺系统各部分温度分布 热平衡——单位时间内，系统传入的热量与传出的热量相等，系统各部分温度保持在一相对稳定的数值上 温度场与热平衡研究——目前以实验研究为主 工艺系统热源 内部热源 外部热源 切削热 摩擦热 环境热源 辐射热 工艺系统热变形 工艺系统热源 温度场与工艺系统热平衡 ◆ 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： 二、工件热变形对加工精度影响 （一) 工件比较均匀地受热 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 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： （二) 工件不均匀受热 图例 薄板磨削时的弯曲变形 三、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 四、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 / ℃ ΔZ ΔY 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 四、 机床热变形对加工精度影响 立铣（图a） 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（图b） 导轨磨（图c） 其他机床热变形 五、减小工艺系统热变形对加工精度 影响的措施 例1：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 例2：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 支承距影响热变形 L1 L2 热对称结构 热补偿结构 （主轴热补偿） 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 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 五、 减小工艺系统热变形对加工精 度影响的措施 加速达到热平衡 控制环境温度 §2.3 工艺系统受力变形对加工精度的影响 一、 基本概念 工艺系统刚度 在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比 式中： k—工艺系统刚度； Fp—吃刀抗力； y—工艺系统位移 §2.3 工艺系统受力变形对加工精度的影响 二、工艺系统刚度计算 工艺系统受力变形等于各组成部分受力变形之迭加： 式中：k — 工艺系统刚度 kjc — 机床刚度； kjj — 夹具刚度； kd — 刀具刚度； kg — 工件刚度。