10.4工艺系统的热变形误差资料.ppt

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1、LOGO第第1010章章 机械加工精度机械加工精度LOGO第四节第四节 工艺系统的热变形误差工艺系统的热变形误差机床热变形引起的加工误差机床热变形引起的加工误差一一工件热变形所引起的加工误差工件热变形所引起的加工误差二二一一本本节节教教学学内内容容第四节第四节 工艺系统的热变形误差工艺系统的热变形误差三三刀具热变形所引起的加工误差刀具热变形所引起的加工误差四四减小热变形的主要措施减小热变形的主要措施本节教学要求：本节教学要求：掌握工艺系统的热变形对的加工误差的影响掌握工艺系统的热变形对的加工误差的影响及减少和控制工艺系统热变形的主要途径。及减少和控制工艺系统热变形的主要途径。本本节节教教学学要

2、要求求第四节第四节 工艺系统的热变形误差工艺系统的热变形误差本节教学重点：本节教学重点：减小工艺系统热变形的措施。减小工艺系统热变形的措施。本本节节教教学学重重点点第四节第四节 工艺系统的热变形误差工艺系统的热变形误差第四节第四节 工艺系统的热变形误差工艺系统的热变形误差 机械加工过程中，工艺系统在各种热源的影响机械加工过程中，工艺系统在各种热源的影响下，产生复杂的变形，破坏了工件与刀具相对位置下，产生复杂的变形，破坏了工件与刀具相对位置和相对运动的准确性，引起加工误差。和相对运动的准确性，引起加工误差。据统计，由于热变形引起的加工误差约占总加据统计，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的工

3、误差的40%70%。工艺系统的热变形不仅严重地。工艺系统的热变形不仅严重地影响加工精度，而且还影响加工效率的提高。影响加工精度，而且还影响加工效率的提高。第四节第四节 工艺系统的热变形误差工艺系统的热变形误差工艺系统工艺系统热源热源内部热源内部热源外部热源外部热源切削热切削热摩擦热摩擦热环境热环境热辐射热辐射热电机、轴承、齿轮、电机、轴承、齿轮、油泵等油泵等工件、刀具、切屑、工件、刀具、切屑、切削液切削液气温、室温变化、热、气温、室温变化、热、冷风等冷风等日光、照明、暖气、日光、照明、暖气、体温等体温等机机床床热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差一、机床热变形引起的加工误差一、机床热变形引

4、起的加工误差 由于机床结构形式和工作条件不同，引起机床热由于机床结构形式和工作条件不同，引起机床热变形的热源和变形形式也不相同。变形的热源和变形形式也不相同。机机床床热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差车床热变形引起的加工误差车床热变形引起的加工误差 车床主轴箱的温升导致主轴线抬高，主轴前轴承车床主轴箱的温升导致主轴线抬高，主轴前轴承的温升高于后轴承又使主轴倾斜，主轴箱的热量经油的温升高于后轴承又使主轴倾斜，主轴箱的热量经油池传到床身，导致床身中凸，更促使主轴线向上倾斜，池传到床身，导致床身中凸，更促使主轴线向上倾斜，最终导致主轴回转轴线与导轨的平行度误差，使加工最终导致主轴回转轴线与导轨

5、的平行度误差，使加工后的零件产生圆柱度误差。后的零件产生圆柱度误差。机机床床热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差铣床热变形引起的加工误差铣床热变形引起的加工误差 万能铣床的热源也是主传动系统，由于左箱壁温万能铣床的热源也是主传动系统，由于左箱壁温度高也导致主轴线升高并倾斜。度高也导致主轴线升高并倾斜。机机床床热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差平面磨床热变形引起的加工误差平面磨床热变形引起的加工误差机机床床热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差双端面磨床热变形引起的加工误差双端面磨床热变形引起的加工误差机机床床热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差导轨磨床热变形导轨磨床热变形导轨磨

6、床热变形引起的加工误差导轨磨床热变形引起的加工误差 导轨磨床床身导轨面与床身底面温差导轨磨床床身导轨面与床身底面温差11时，时，其弯曲变形量可达其弯曲变形量可达0.22mm 0.22mm。刀刀具具热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差 刀具热变形的热源是切削热。传给刀具的切削热刀具热变形的热源是切削热。传给刀具的切削热虽然很少，但刀具质量小，热容量小，所以仍会有很虽然很少，但刀具质量小，热容量小，所以仍会有很高的温升，引起刀具的热伸长而产生加工误差。高的温升，引起刀具的热伸长而产生加工误差。二、刀具热变形引起的加工误差二、刀具热变形引起的加工误差A连续切削变形曲线连续切削变形曲线C断续切削变

7、形曲线断续切削变形曲线B刀具冷却变形曲线刀具冷却变形曲线车刀的热变形曲线车刀的热变形曲线刀刀具具热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差车刀的热变形曲线车刀的热变形曲线A连续切削变形曲线连续切削变形曲线 车刀热伸长将使加工后的工件产生车刀热伸长将使加工后的工件产生圆柱度误差圆柱度误差或或端面的平面度误差端面的平面度误差。连续车削时，车刀连续车削时，车刀的热变形情况如曲的热变形情况如曲线线A，刀具受热伸，刀具受热伸长在切削初始阶段长在切削初始阶段变化很快，随后比变化很快，随后比较缓慢，经过约较缓慢，经过约 1020min，便可达，便可达到热平衡状态，车到热平衡状态，车刀不再伸长。刀不再伸长。刀刀

8、具具热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差车刀的热变形曲线车刀的热变形曲线B刀具冷却变形曲线刀具冷却变形曲线当车刀停止车削后，刀具冷却变形过程如曲线当车刀停止车削后，刀具冷却变形过程如曲线B B。刀刀具具热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差车刀的热变形曲线车刀的热变形曲线C断续切削变形曲线断续切削变形曲线当车削一批短小轴类当车削一批短小轴类工件时，加工时断时工件时，加工时断时续（如装卸工件）间续（如装卸工件）间断切削，变形过程如断切削，变形过程如曲线曲线C。在开始切削阶段，刀具热变形较显著，对加工精在开始切削阶段，刀具热变形较显著，对加工精度影响较大，当达到热平衡后，其热变形趋于稳定，度

9、影响较大，当达到热平衡后，其热变形趋于稳定，对加工精度的影响就不明显。对加工精度的影响就不明显。刀刀具具热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差车刀的热变形曲线车刀的热变形曲线C断续切削变形曲线断续切削变形曲线 对每一个工件来说，产生的形状误差是较小的；对每一个工件来说，产生的形状误差是较小的；对一批工件来说，在刀具未达到热平衡时，加工对一批工件来说，在刀具未达到热平衡时，加工出的出的一批工件尺寸有一定的误差。一批工件尺寸有一定的误差。工工件件热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差 工件热变形的热源主要是切削热，对有些大型件、工件热变形的热源主要是切削热，对有些大型件、精密件，环境温度也有很

10、大的影响。传入工件的热量精密件，环境温度也有很大的影响。传入工件的热量越多、工件的质量越小则热变形越大。越多、工件的质量越小则热变形越大。1.1.工件均匀受热工件均匀受热 车镗轴套类零件圆柱面，长度及径向受热变形。车镗轴套类零件圆柱面，长度及径向受热变形。若在受热时测量达到规定尺寸，冷却后尺寸变小，若在受热时测量达到规定尺寸，冷却后尺寸变小，可可能出现尺寸超差。能出现尺寸超差。三、工件热变形引起的加工误差三、工件热变形引起的加工误差工工件件热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差 1.1.工件均匀受热工件均匀受热 对于一些形状简单、结构对称的零件，如轴、套对于一些形状简单、结构对称的零件，如轴

11、、套筒等，加工时切削热能较均匀地传入工件，工件热变筒等，加工时切削热能较均匀地传入工件，工件热变形量可按下式估算形量可按下式估算式中式中 工件材料的热膨胀系数（工件材料的热膨胀系数（1/）；）；L工件在热变形方向的尺寸（工件在热变形方向的尺寸（mm）；）；t 工件温升（工件温升（）。）。在较长轴类零件外圆的车削或磨削加工中，开始在较长轴类零件外圆的车削或磨削加工中，开始切削时，工件温升为零，随着切削的进行，工件温度切削时，工件温升为零，随着切削的进行，工件温度逐渐升高而使直径逐渐增大，增大的量被刀具切除，逐渐升高而使直径逐渐增大，增大的量被刀具切除，当工件冷却后形成锥度误差。当工件冷却后形成锥

12、度误差。工工件件热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差 当对工件进行刨、铣、磨等平面加工时，工件单当对工件进行刨、铣、磨等平面加工时，工件单面受热，上下平面间产生温差，导致工件向上凸起，面受热，上下平面间产生温差，导致工件向上凸起，中间切去的材料较多，冷却后加工表面下凹，使工件中间切去的材料较多，冷却后加工表面下凹，使工件产生平面度误差。这种现象对于加工薄片类零件尤为产生平面度误差。这种现象对于加工薄片类零件尤为突出。其变形量突出。其变形量可用下式计算：可用下式计算：2.2.工件不均匀受热工件不均匀受热 式中式中 工件材料的热膨胀系数（工件材料的热膨胀系数（1/）；）；L工件长度（工件长度（

13、mm）；）；t 工件上下表面的温差（工件上下表面的温差（）。）。H工件厚度（工件厚度（mm）。）。工工件件热热变变形形引引起起的的加加工工误误差差工件热变形工件热变形减减小小热热变变形形的的主主要要措措施施四、减小热变形的主要措施四、减小热变形的主要措施 1.1.减少发热和隔热减少发热和隔热 （1 1）减少切削热）减少切削热 通过合理选择切削用量和正确选择刀具几何参数通过合理选择切削用量和正确选择刀具几何参数减少切削热。减少切削热。当零件精度要求较高时，还应注意将粗精加工分当零件精度要求较高时，还应注意将粗精加工分开进行。开进行。（2 2）减少机床各运动副的摩擦热）减少机床各运动副的摩擦热 对

14、主轴变速系统、轴承、摩擦离合器、导轨副、对主轴变速系统、轴承、摩擦离合器、导轨副、丝杠副、快速进给系统等的零部件，应从结构和润滑丝杠副、快速进给系统等的零部件，应从结构和润滑等方面减少发热。等方面减少发热。减减小小热热变变形形的的主主要要措措施施（3 3）分离热源）分离热源 凡能从主机中分离出去的热源，如电动机、变速凡能从主机中分离出去的热源，如电动机、变速箱、液压系统等应尽可能移出以减少它们对主机的影箱、液压系统等应尽可能移出以减少它们对主机的影响。响。（4 4）隔开热源）隔开热源 用隔热材料将发热部件和机床大件隔离开。用隔热材料将发热部件和机床大件隔离开。1 1减少发热和隔热减少发热和隔热

15、减减小小热热变变形形的的主主要要措措施施（1 1）使用大流量冷却液或喷雾冷却等方法）使用大流量冷却液或喷雾冷却等方法 2 2冷却与散热冷却与散热 利用这些方法可带走大量切削热或磨削热。在精利用这些方法可带走大量切削热或磨削热。在精密加工时，为增加冷却效果，控制切削液的温度是很密加工时，为增加冷却效果，控制切削液的温度是很必要的。如大型精密螺纹磨床采用恒温切削液淋浇工必要的。如大型精密螺纹磨床采用恒温切削液淋浇工件，机床的空心丝杠也通入恒温油，以降低工件与传件，机床的空心丝杠也通入恒温油，以降低工件与传动丝杠的温度，提高加工精度的稳定性，动丝杠的温度，提高加工精度的稳定性，减减小小热热变变形形的

16、的主主要要措措施施 螺纹磨床工件淋浴恒温控制系统螺纹磨床工件淋浴恒温控制系统 2 2冷却与散热冷却与散热减减小小热热变变形形的的主主要要措措施施（2 2）采用强制冷却来控制热变形）采用强制冷却来控制热变形 2 2冷却与散热冷却与散热 目前大型数控机床、加工中心机床普遍采用冷冻目前大型数控机床、加工中心机床普遍采用冷冻机对润滑油、切削液进行强制冷却，机床主轴和齿轮机对润滑油、切削液进行强制冷却，机床主轴和齿轮箱中产生的热量可由恒温的切削液迅速带走。箱中产生的热量可由恒温的切削液迅速带走。减减小小热热变变形形的的主主要要措措施施 机床刚开始运转的一段时间内（预热期），温升机床刚开始运转的一段时间内

17、（预热期），温升较快，热变形大，当达到热平衡后机床各部位的热变较快，热变形大，当达到热平衡后机床各部位的热变形趋于稳定。因此对于精密机床，特别是大型机床，形趋于稳定。因此对于精密机床，特别是大型机床，缩短预热期，加速达到热平衡状态，加工精度才易保缩短预热期，加速达到热平衡状态，加工精度才易保证。证。3 3保持工艺系统的热平衡保持工艺系统的热平衡减减小小热热变变形形的的主主要要措措施施 精密机床一般安装在恒温车间，其恒温精度一般精密机床一般安装在恒温车间，其恒温精度一般控制在土控制在土10C内，精密级为土内，精密级为土0.50C，超精密级为土，超精密级为土0.010C。恒温室平均温度一般为春秋季。恒温室平均温度一般为春秋季200C，夏季取，夏季取230C，冬季可取，冬季可取170C。4 4控制环境温度控制环境温度LOGO