[精选]工艺系统刚度及受力变形(PPT72页).ppt
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1、专题3机械加工精度与工艺系统刚度及受力变形目 录o一、机械加工精度o二、工艺系统刚度的概念及计算o三、工艺系统刚度对加工精度的影响o四、机床部件刚度o五、减少工艺系统受力变形对加工精度影响的措施o六、工件剩余应力引起的变形一、机械加工精度一、机械加工精度一概念一概念加工精度是指零件加工后的实际几何参数尺寸、加工精度是指零件加工后的实际几何参数尺寸、形状及各外表相互位置等参数与理想几何参数形状及各外表相互位置等参数与理想几何参数的符合程度。符合程度越高,加工精度就越高。的符合程度。符合程度越高,加工精度就越高。反之,越低。反之,越低。理想几何参数理想几何参数外表外表绝对平面、圆柱面等;绝对平面、
2、圆柱面等;位置位置绝对平行、垂直、同轴等;绝对平行、垂直、同轴等;尺寸尺寸位于公差带中心。位于公差带中心。一、机械加工精度一、机械加工精度机械加工精度机械加工精度尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度一般情况下,形状误差应限制在位置公差之内,一般情况下,形状误差应限制在位置公差之内,而位置误差又应限制在尺寸公差之内。而位置误差又应限制在尺寸公差之内。一、机械加工精度一、机械加工精度二获得加工精度的方法二获得加工精度的方法1 1、获得尺寸精度的方法、获得尺寸精度的方法试切法:用于单件小批生产;试切法:用于单件小批生产;调整法:用于成批大量生产;调整法:用于成批大量生产;定尺寸刀具法:生
3、产率高,刀具制造复杂;定尺寸刀具法:生产率高,刀具制造复杂;自动控制法:切削测量补偿自动完成。自动控制法:切削测量补偿自动完成。一、机械加工精度一、机械加工精度一、机械加工精度一、机械加工精度一、机械加工精度一、机械加工精度2 2、获得形状精度的方法、获得形状精度的方法轨迹法:利用刀尖运动轨迹形成工件外表形状;轨迹法:利用刀尖运动轨迹形成工件外表形状;成形刀具法成形刀具法:由刀刃的形状形成工件外表形状;:由刀刃的形状形成工件外表形状;展成法展成法:由切削刃包络面形成工件外表形状;:由切削刃包络面形成工件外表形状;3 3、获得相互位置精度的方法、获得相互位置精度的方法主要由机床精度、夹具精度和工
4、件的装夹精度来保证。主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证。仿形法仿形法:在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿:在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿槽形状完全相同的铣刀切制齿轮的方法。槽形状完全相同的铣刀切制齿轮的方法。一、机械加工精度一、机械加工精度三三加工误差与原始误加工误差与原始误差差加工误差是指加工误差是指零件加工后的实际几何参数对理想几何参零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度。加工误差的大小表示了加工精度的上下,数的偏离程度。加工误差的大小表示了加工精度的上下,加工误差是加工精度的度量。加工误差是加工精度的度量。由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统的
5、由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统的误差是工件产生加工误差的根源。我们把工艺系统的各误差是工件产生加工误差的根源。我们把工艺系统的各种误差称之为原始误差。种误差称之为原始误差。使工艺系统各组成局部之间的位置关使工艺系统各组成局部之间的位置关系或速度关系偏离了理想状态,致使系或速度关系偏离了理想状态,致使加工后的零件产生了加工误差。加工后的零件产生了加工误差。一、机械加工精度一、机械加工精度一、机械加工精度一、机械加工精度原始误差对加工误差的影响原始误差对加工误差的影响各种原始误差的大小和方向各有不同,而加工误差各种原始误差的大小和方向各有不同,而加工误差则必须在工序尺寸方向上测量。
6、所以原始误差的方则必须在工序尺寸方向上测量。所以原始误差的方向不同时对加工误差的影响也不同。向不同时对加工误差的影响也不同。把对加工误差影响最大的那个方向即通过刀刃的加工把对加工误差影响最大的那个方向即通过刀刃的加工外表的法线方向称为误差敏感方向。外表的法线方向称为误差敏感方向。一、机械加工精度一、机械加工精度dRR+RRYoDRZZY当主轴在当主轴在Z方向存在误差方向存在误差Z时,反映时,反映到工件半径方向上的误差为到工件半径方向上的误差为Rz当主轴在当主轴在Y方向存在误差方向存在误差Y时,则此时,则此误差将是误差将是1 1:1 1反映到工件半径方向上反映到工件半径方向上一、机械加工精度一、
7、机械加工精度图图例例 一、机械加工精度一、机械加工精度一、机械加工精度一、机械加工精度四四影响加工精度的因影响加工精度的因素素一、机械加工精度一、机械加工精度 加工精度加工精度加工精度加工精度尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度 加工误差加工误差加工误差加工误差与理想零件的偏离与理想零件的偏离加工精度的另一描加工精度的另一描述述 工艺系统工艺系统工艺系统工艺系统机床机床刀具刀具夹具夹具工件工件 原始误差原始误差原始误差原始误差工艺系统的误差工艺系统的误差产生加工误差的根源产生加工误差的根源包括工艺系统静误差、包括工艺系统静误差、动误差动误差 研究加工精度方法研究加工精度方法研究加工
8、精度方法研究加工精度方法统计分析法统计分析法二、工艺系统刚度的概念及计算二、工艺系统刚度的概念及计算产生原因:产生原因:n切削加工时,工艺系统在切削力、夹紧力以切削加工时,工艺系统在切削力、夹紧力以及重力等的作用下,将产生相应的变形,使及重力等的作用下,将产生相应的变形,使刀具和工件在静态下调整好的相互位置,以刀具和工件在静态下调整好的相互位置,以及切削成形运动所需要的正确几何关系发生及切削成形运动所需要的正确几何关系发生变化,而造成加工误差。变化,而造成加工误差。三、工艺系统刚度对加工精度的影响三、工艺系统刚度对加工精度的影响工艺系统:机床、夹具、工件、刀具外力:切削力、传动力、惯性力、夹紧
9、力、重力产生加工误差破坏了刀具、工件间相对位置工艺系统受力变形现象 例如车削细长轴时,工件在切削力的作用例如车削细长轴时,工件在切削力的作用下会发生变形,使加工出的轴出现中间粗两头细的情况。下会发生变形,使加工出的轴出现中间粗两头细的情况。二、工艺系统刚度的概念及计算二、工艺系统刚度的概念及计算一物体的刚度一物体的刚度 任何一个物体受力后总要产生一些变形。作用力F与其作用下产生的变形量y的比值,称为物体的刚度。二、工艺系统刚度的概念及计算二、工艺系统刚度的概念及计算二工艺系统的静刚度二工艺系统的静刚度 二、工艺系统刚度的概念及计算二、工艺系统刚度的概念及计算一、工艺系统刚度的概念及计算一、工艺
10、系统刚度的概念及计算三工艺系统刚度的计算三工艺系统刚度的计算 工艺系统在某一处的法向总变形y是各个组成环节在同一处的法向变形的迭加:分别为机床受力变形yjc、夹具变形yjj、刀具变形yd、工件变形yg一、工艺系统刚度的概念及计算一、工艺系统刚度的概念及计算 工艺系统各组成环节的刚度,即可求得工艺系统的刚度三、工艺系统刚度对加工精度的影响三、工艺系统刚度对加工精度的影响一切削力作用点位置变化引起的工一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差件形状误差二切削力大小变化引起的加工误差二切削力大小变化引起的加工误差三夹紧力和重力引起的加工误差三夹紧力和重力引起的加工误差四传动力和惯性力对加工精度影响四传
11、动力和惯性力对加工精度影响三、工艺系统刚度对加工精度的影响三、工艺系统刚度对加工精度的影响一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差1、机床的变形2、工件的变形3、工艺系统的变形 三、工艺系统刚度对加工精度的影响三、工艺系统刚度对加工精度的影响一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差假定条件假定条件:工件短而粗,车刀悬伸长度很短,工件和工件短而粗,车刀悬伸长度很短,工件和刀具的刚度很好,其受力变形比机床的变刀具的刚度很好,其受力变形比机床的变形小,可忽略不计。单因素法形小,可忽略不计。单因素法FA,Fy,FB之间的关
12、系符合力矩平衡之间的关系符合力矩平衡计算得:计算得:1机床的变形三、工艺系统刚度对加工精度的影响三、工艺系统刚度对加工精度的影响一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差1机床的变形三、工艺系统刚度对加工精度的影响三、工艺系统刚度对加工精度的影响一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差机床的总变形是随着切削力作用点机床的总变形是随着切削力作用点x的变化的的变化的在在x0和和xL的情况下,工件变形较大的情况下,工件变形较大在在 时,机床变形最小时,机床变形最小变形大的地方,从工件上切去的金属层薄,变形变形大的地方,从工
13、件上切去的金属层薄,变形小的地方,切除的金属层厚小的地方,切除的金属层厚所以,机床受力变形而使得加工出来的工件呈两所以,机床受力变形而使得加工出来的工件呈两端粗,中间细的马鞍型。端粗,中间细的马鞍型。计算结果说明1机床的变形三、工艺系统刚度对加工精度的影响三、工艺系统刚度对加工精度的影响一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差工件加工结果1机床的变形三、工艺系统刚度对加工精度的影响三、工艺系统刚度对加工精度的影响一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差2工件的变形三、工艺系统刚度对加工精度的影响三、工艺系统刚度对加
14、工精度的影响一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差2工件的变形在两顶尖装夹刚性差的细长轴在两顶尖装夹刚性差的细长轴,假设不考虑机,假设不考虑机床刀具变形,即可由公式得出:床刀具变形,即可由公式得出:当当x0或或xL时,变形最小,为时,变形最小,为0当当xL/2时,工件刚度最小,变形最大时,工件刚度最小,变形最大加工结果:加工结果:工件呈鼓形工件呈鼓形三、工艺系统刚度对加工精度的影响三、工艺系统刚度对加工精度的影响一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差3工艺系统的变形三、工艺系统刚度对加工精度的影响三、工艺系统刚
15、度对加工精度的影响一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差3工艺系统的变形三、工艺系统刚度对加工精度的影响三、工艺系统刚度对加工精度的影响一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差一切削力作用点位置变化引起的工件形状误差3工艺系统的变形三、工艺系统刚度对加工精度的影响三、工艺系统刚度对加工精度的影响二切削力大小变化引起的加工误差二切削力大小变化引起的加工误差假设条件假设条件:车床加工短轴,工艺系统的刚度变化不车床加工短轴,工艺系统的刚度变化不大,近似常量大,近似常量毛坯形状误差较大或者材料硬度很不均毛坯形状误差较大或者材料硬度很不均匀,工件加工时切削力的大
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