工艺系统热变形引起的加工误差.pdf

机械制造技术 工艺系统热变形引起的加工误差 机械加工中，工艺系统在各种热源的作用下产生一定的热变形。由于工 艺系统热源分布的不均匀性及各环节结构、材料的不同，使工艺系统各 部分的变形产生差异，从而破坏了刀具与工件的准确位置及运动关系， 产生加工误差，特别是在精密加工和大件加工中，热变形所引起的加工 误差通常会占到工件加工总误差的4070。因此，在近代精密加工 中，控制热变形对加工精度的影响已成为重要的任务和研究课题。 工艺系统热变形引起的加工误差 1、工艺系统的热变形及其热源 在加工过程中，工艺系统的热源主要有内部热源和外部热源两大类。 内部热源来自切削过程，主要包括切削热、摩擦热、派生热源。外部 热源主要来自于外部环境，主要包括环境温度和热辐射。这些热源产 生的热造成工件、刀具和机床的热变形。 切削热是工件产生热变形的主要热源。对于精密零件，环境温度变化 和日光、取暖设备等外部热源对工艺系统的局部辐射等也不容忽视。 由于工件形状和受热程度的不同，工件的变形情况也不同。 热平衡： 由于发热的数量、位置和作用不同，各部分的温升不等，即不同位置， 不同时间的温度是不等的。但在物体达到热平衡后，各点温度将不再 随时间而变化。 2、工艺系统热变形引起的加工误差 (1)机床热变形对加工精度的影响 车、铣、镗类机床，其主要热源是主轴箱的发热。车床在垂直面内的 热变形一般比水平面内的热变形大。 磨床的人员是磨头轴承和液压系统的发热。 机床导轨的摩擦发热、堆积的切屑热量、冷却润滑系统的温度变化等。 大型机床导轨的热变形： 导轨面和床身底面存在温差，床身将产生弯曲变形。 （2）工件热变形对加工精度的影响 切削热是工件产生热变形的主要热源。对于精密零件，环境温度变化 和日光、取暖设备等外部热源对工艺系统的局部辐射等也不容忽视。 由于工件形状和受热程度的不同，工件的变形情况也不同。 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） a、工件均匀受热 一些几何形状简单且对称的工件，在受热均匀的情况下，热变形基 本相同，其变形量L(mm)可按下式估算： LL 或 DD 工件的热变形误差 b、工件不均匀受热 当工件受热不均匀或工件结构较复杂时，其热变形会以弯曲或其他 形式出现，可能造成更大的加工误差。因此，工件的加工精度越高， 加工时就越要严格控制工件的热变形。最基本的办法就是使用大量 的切削液进行充分冷却。另外采用适当的补偿方法也较常用。 （3）刀具热变形对加工精度的影响 使刀具产生热变形的热源主要是切削热。切削热传入刀具的比例虽然 不大(车削时约为5)，但由于刀具体积小，热容量小，所以刀具切削 部分的温升仍较高。 粗加工时，刀具热变形对加工精度的影响一般可以忽略不计；对于加 工要求较高的零件，刀具热变形对加工精度的影响较大，将使加工表 面产生尺寸误差或形状误差。 刀具热伸长量与切削时间的关系 3、减少热变形的主要措施 （1）减少热量产生和传入 机床内部的热源是产生机床热变形的主要热源。凡是有可能从主机分离出去的 热源，如电动机、液压系统和油箱等，应尽量放在机床外部。对于不能分离的 热源，如主轴轴承、丝杆螺母副和高速运动的导轨副等，则可以从结构、润滑 等方面改善其摩擦特性，减少发热；也可用隔热材料将发热部件和机床大件(如 床身、立柱等)隔离开来。 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） 向切削区加注冷却润滑液，可减少切削热对工艺系统热变形 的影响。有些加工中心机床采用冷冻机对冷却润滑液进行强 制冷却，效果明显。 另外，通过控制切削用量和刀具几何参数，可减少切削热。 （2）加快热平衡 当机床或工艺系统达到热平衡时，热变形趋于稳定，有利于加工精度的保证。 因此，在精加工的时候，一般都要求在热平衡状态下进行。为使工艺系统尽 快达到热平衡，缩短预热期，一般有两种方法，一是在加工前将机床作高速 空运转，使机床在较短时间内达到热平衡之后，再将机床速度转换成工作速 度进行机械加工；另一种方法是在机床适当部位增设附加热源，在预热期内 人为向机床供热，加速其热平衡。另外，精密加工机床应尽量避免中途停车。 （3）控制环境温度 对于精密加工、精密计量和精密装配来说，恒温条件是必不可少的。恒温 的精度应严格控制在一定范围内，一般级为1，精密级为0.5。恒温 的标准一般为20，可按季节适当加以变动，冬季可取17，夏季可取 23。在布置机床时，应注意避免日光的辐射和周围其他热源的直接影响。 （4）均衡温度场 设计机床时，采用热对称结构和热补偿结构；或使热变形方 向为加工误差非敏感方向。 工艺系统磨损对加工精度的影响及其控制 1、工艺系统磨损对加工精度的影响 （1）机床磨损对加工精度的影响 （2）刀具磨损对加工精度的影响 （3）夹具磨损对加工精度的影响 （4）量具磨损对加工精度的影响 2、减少工艺系统磨损的措施 （1）提高导轨耐磨性 （2）正确选用刀具材料、刀具几何参数、切削用量、合理使用切削液 （3）提高夹具中易磨损件的耐磨性 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） 谢谢观看