機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第三版第五章

1、會計學(xué)1機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第三版第五章機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第三版第五章第1頁/共247頁第2頁/共247頁概述主要內(nèi)容：一、加工精度與加工誤差 二、加工經(jīng)濟精度 三、零件獲得加工精度的方法 第3頁/共247頁機械制造企業(yè)的追求：產(chǎn)品的質(zhì)量是第一位的，沒有質(zhì)量，高效率、低消耗就失去了意義?？吹竭@些產(chǎn)品，第一印象是高質(zhì)量第4頁/共247頁加工精度加工表面質(zhì)量加工質(zhì)量的指標(biāo)：本章主題：加工精度及表面質(zhì)量的分析與控制三坐標(biāo)測量加工精度表面質(zhì)量要求高第5頁/共247頁加工精度和加工誤差概念：加工精度：零件加工后的實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的符合程度。加工誤差：零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度。

2、實際加工中只要求滿足規(guī)定的公差要求即可第6頁/共247頁1）理想幾何參數(shù)：對于形狀和位置，則是絕對正確的形狀和位置，如絕對的平面和絕對的平行等；對于尺寸而言，就是零件尺寸的公差帶中心。加工精度和加工誤差的理解：零件圖中的加工精度標(biāo)注第7頁/共247頁2) 加工精度是由零件圖紙或工藝文件以公差T給定的，而加工誤差則是零件加工后的實際測得的偏離值。一般說，當(dāng)加工誤差T時，就保證了加工精度。一批零件尺寸的加工誤差分布與加工精度要要求第8頁/共247頁加工誤差 與加工成本C成反比關(guān)系。用同一種加工方法，如欲獲得較高的精度 ，就會降低生產(chǎn)率，增加生產(chǎn)成本；反之亦然。 加工經(jīng)濟精度加工成本與加工誤差之間的

3、關(guān)系第9頁/共247頁上述成本與誤差反比關(guān)系在一定范圍內(nèi)才比較明顯，如右圖中AB段。成本增加，加工誤差較小不明顯誤差增大，加工最低成本不變在A點左側(cè)，即使成本提高的很多，但精度提高很少乃至不能提高。在B點右側(cè)，即使工件精度要求很低，也必須耗費一定的最低成本。 一種加工方法介于A、B之間的精度為經(jīng)濟加工精度第10頁/共247頁零件獲得加工精度的方法尺寸精度、形狀精度和位置精度。零件加工精度包括：加工精度：零件加工后的實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和表面間相互位置)，與理想幾何參數(shù)的符合程度。其偏離程度稱為加工誤差。第11頁/共247頁獲得形狀精度的方法利用切削運動中刀具刀尖的運動軌跡形成被加工表面的形

4、狀。這種加工方法所能達(dá)到的精度，主要取決于這種成形運動的精度。1)軌跡法：車刀刀尖1的運動軌跡形成了工件的表面形狀，車刀運動的精度決定了工件的形狀精度。第12頁/共247頁利用成形刀具刀刃的幾何形狀切出工件的形狀。這種方法所能達(dá)到的精度，主要取決于刀刃的形狀精度和刀具的裝夾精度。 2)成形法：成形銑刀刀刃幾何形狀銑出工件表面形狀；精度由刀具形狀和裝夾決定。典型：齒輪成形加工第13頁/共247頁利用刀具和工件作展成切削運動，刀刃在被加工面上的包絡(luò)面形成的成形表面。這種加工方法所能達(dá)到的精度，主要取決于機床展成運動的傳動鏈精度與刀具的制造精度。3)展成法：滾齒法加工齒輪，滾刀刀刃在被切齒輪上形成的

5、包絡(luò)線即為齒形，滾刀主運動與被切齒輪轉(zhuǎn)速必須符合設(shè)定要求，以保證加工精度。第14頁/共247頁獲得位置精度的方法零件位置精度的獲得主要取決于工件的定位（裝夾）和加工方法。工件在一次裝夾下加工多個表面時，這些表面之間的相互位置精度一般較高，主要取決于機床的精度。利用組合刀具或一把刀具上的幾個刀刃，同時加工工件上的多個表面，則這些表面之間的相互位置精度一般也較高，主要取決于刀具的精度。第15頁/共247頁獲得尺寸精度的方法先試切部分加工表面，測量后，適當(dāng)調(diào)整刀具相對工件的位置，再試切，再測量，當(dāng)被加工尺寸達(dá)到要求后，再切削整個待加工面。 1)試切法：試切法效率低，精度主要取決于工人技術(shù)，用于單件小

6、批生產(chǎn)試切測量調(diào)整車刀第16頁/共247頁用具有一定尺寸精度的刀具（如絞刀、擴孔鉆、鉆頭等）來保證被加工工件尺寸精度的方法（如鉆孔）。2)定尺寸刀具法：定尺寸刀具法生產(chǎn)率較高，操作簡便，加工精度較穩(wěn)定。 鉆頭的尺寸保證了加工孔的尺寸第17頁/共247頁利用機床上的定程裝置、對刀裝置或預(yù)先調(diào)整好的刀架，使刀具相對機床或夾具滿足位置精度要求，然后加工一批工件。該法需要采用夾具實現(xiàn)裝夾。3)調(diào)整法：調(diào)整法生產(chǎn)效率高，加工精度較穩(wěn)定，常用于中批以上的生產(chǎn)調(diào)整法銑槽（第四章詳細(xì)敘述）第18頁/共247頁工件達(dá)到要求的尺寸時，自動停止加工。又分自動測量和數(shù)字控制兩種，前者機床上具有自動測量工件尺寸的裝置，

7、在達(dá)到要求時，停止進(jìn)刀。后者是根據(jù)預(yù)先編制好的機床數(shù)控程序?qū)崿F(xiàn)進(jìn)刀的。4)自動控制法：自動控制法生產(chǎn)率高，加工精度穩(wěn)定，目前機械加工的發(fā)展方向數(shù)控機床自動控制原理框圖第19頁/共247頁第20頁/共247頁第21頁/共247頁機械加工工藝系統(tǒng)：在機械加工時，機床、夾具、刀具和工件就構(gòu)成的一個完整的系統(tǒng)。加工工藝系統(tǒng)誤差是根源，加工誤差是表現(xiàn)；分析原始誤差和加工誤差之間的定性與定量關(guān)系，是保證和提高零件加工精度的必要的理論基礎(chǔ)。 原始誤差：加工工藝系統(tǒng)的誤差概念：原始誤差與加工誤差：第22頁/共247頁加工過程中可能出現(xiàn)的原始誤差第23頁/共247頁一、原理誤差采用近似的加工運動或近似的刀具輪廓

8、產(chǎn)生原因為了得到規(guī)定的零件表面，在工件和刀具的運動之間建立的某種聯(lián)系加工原理螺紋加工，主軸轉(zhuǎn)速與車刀進(jìn)給速度的聯(lián)系由傳動機構(gòu)保證成形銑削，銑刀軌跡由靠模保證第24頁/共247頁如果采用理想的加工原理，完全準(zhǔn)確的運動聯(lián)系，完美的刀刃或靠模形狀，則不存在原理誤差，但其成本過高，并非完全必要原理誤差合理性磨凸輪軸，砂輪進(jìn)給精度不能無限提高，存在近似滾齒時，滾刀包絡(luò)線形成折線表面，并非光滑漸開線第25頁/共247頁二、機床誤差機床誤差的三個方面：機床本身的制造、磨損和安裝 靜誤差：在沒有切削載荷的情況下測得的各項誤差;床身導(dǎo)軌在垂直面和水平面內(nèi)的直線度和平行度；主軸軸線對床身導(dǎo)軌的平行度；主軸的回轉(zhuǎn)精

9、度；傳動鏈精度；刀架各溜板移動時，對主軸軸線的平行度和垂直度。車床的各項靜誤差：第26頁/共247頁 靜誤差對加工精度影響的分析導(dǎo)軌誤差主軸誤差傳動鏈誤差1)導(dǎo)軌誤差u主要分析對加工精度影響重要的以下三點：導(dǎo)軌是機床上確定各機床部件相對位置關(guān)系的基準(zhǔn)，也是機床運動的基準(zhǔn)。尾架導(dǎo)軌刀架導(dǎo)軌第27頁/共247頁臥式車床刀架導(dǎo)軌直線度誤差 為水平面誤差； 為垂直面誤差；21當(dāng)導(dǎo)軌垂直面內(nèi)出現(xiàn)誤差 加工工件直徑誤差：22tan/2,Rocoaac 2tan/2/2/2R 很小，故22/2RR 可見臥式車床導(dǎo)軌垂直面內(nèi)的誤差對加工誤差影響較小第28頁/共247頁當(dāng)導(dǎo)軌水平面內(nèi)出現(xiàn)誤差 加工工件直徑誤差：

10、11R 可見臥式車床導(dǎo)軌水平面內(nèi)的誤差對加工誤差影響較大可見臥式車床導(dǎo)軌水平面內(nèi)的誤差對加工誤差影響較大120.1,mm 40Dmm20.10.00025,40Rmm0.1400RmmR假設(shè)則所以不同方向的誤差對加工誤差的影響是不同的，即存在誤差的敏感方向第29頁/共247頁原始誤差所引起的刀刃與工件間的相對位移，如果產(chǎn)生在加工表面的法線方向，則對加工誤差有直接的影響；如果產(chǎn)生在加工表面的切線方向，就可以忽略不計。把加工表面的法向稱之為誤差的敏感方向。誤差的敏感方向如轉(zhuǎn)塔車床刀具垂直安裝，此時導(dǎo)軌垂直平面內(nèi)的誤差直接影響加工精度，是誤差的敏感方向。第30頁/共247頁在垂直面內(nèi)的直線度（彎曲）

11、在水平面內(nèi)的直線度（彎曲）前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲） 車床和磨床的床身導(dǎo)軌誤差的三個方面導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度第31頁/共247頁導(dǎo)軌扭曲形成的加工誤差前后導(dǎo)軌存在平行度誤差(扭曲)時，刀架運動時會產(chǎn)生擺動，刀尖的運動軌跡是一條空間曲線，使工件產(chǎn)生形狀誤差。當(dāng)誤差為3的時候，由幾何關(guān)系可求得y(H/B)3。一般車床的H2/3B，外圓磨床HB。車床導(dǎo)軌的平行度誤差對加工精度的影響很大。 機床導(dǎo)軌的幾何精度，不但決定于它的制造精度和使用的磨損情況，而且還和機床的安裝情況有很大關(guān)系第32頁/共247頁垂直平面內(nèi)的直線度誤差：采用與導(dǎo)軌相配合的橋板、水平儀，在導(dǎo)軌縱向上分段檢測，記

12、下水平儀的讀數(shù)，畫出曲線圖，再計算其誤差大小和判斷凹凸程度。前后導(dǎo)軌的平行度誤差：采用橋板和水平儀，在導(dǎo)軌的幾個橫向上檢測，取其最大代數(shù)差。水平面內(nèi)的直線度誤差：采用橋板和準(zhǔn)直儀導(dǎo)軌三項誤差的常規(guī)檢查方法以上三種檢查方法都較費工時。對于車床而言，導(dǎo)軌垂直方向的原始誤差既然對加工誤差的影響可以忽略不計，因此可采用更簡單的方法。第33頁/共247頁橋形平尺千分表床身橋板磁力表座推拉橋板在床身之外，平行于導(dǎo)軌面放置一橋型平尺，將磁力表座固定在橋板上，千分表表頭抵向橋型平尺的工作表面上，在導(dǎo)軌的全長上推拉橋板，千分表讀數(shù)的最大代數(shù)差就是導(dǎo)軌的綜合原始誤差。一種檢測機床導(dǎo)軌精度的方法第34頁/共247頁

13、2)主軸誤差概念后軸承前軸承軸頸圓心稱主軸軸心主軸軸心連線稱幾何軸線理想軸線對于主軸的要求，就是在運轉(zhuǎn)的情況下，能保持軸心線的位置穩(wěn)定不變，也就是回轉(zhuǎn)精度；實際上主軸在每一瞬時回轉(zhuǎn)軸線的空間位置都是變動的，即存在著回轉(zhuǎn)誤差。第35頁/共247頁主軸旋轉(zhuǎn)過程中，幾何軸線的位置不斷變化，在任何瞬間，主軸一方面繞自己的幾何軸線旋轉(zhuǎn)，另一方面這根幾何軸線還相對于主軸理想回轉(zhuǎn)軸線作相對運動。主軸誤差的描述運動形式可分解為：純軸向竄動純徑向移動純角度擺動x第36頁/共247頁主軸軸心和幾何軸線的位置變動第37頁/共247頁主軸回轉(zhuǎn)誤主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形差的基本形式式車床上車削車床上車削鏜床上鏜削鏜床上鏜削

14、內(nèi)、外圓內(nèi)、外圓端面端面螺紋螺紋孔孔端面端面徑向圓跳動徑向圓跳動近似真圓近似真圓 （理論上為心（理論上為心臟線形）臟線形）無影響無影響橢圓孔橢圓孔（每轉(zhuǎn)跳動一（每轉(zhuǎn)跳動一次時）次時）無影響無影響純軸向竄動純軸向竄動無影響無影響平面度、垂平面度、垂直度（端面直度（端面凸輪形）凸輪形）螺距誤螺距誤差差無影響無影響平面度平面度垂直度垂直度純角度擺動純角度擺動近似圓柱近似圓柱 （理（理論上為錐形）論上為錐形）影響極小影響極小橢圓柱孔橢圓柱孔（每轉(zhuǎn)擺動一（每轉(zhuǎn)擺動一次時）次時）平面度平面度（馬鞍（馬鞍形）形） 機床主軸回轉(zhuǎn)誤差產(chǎn)生的加工誤差 不同的加工方法，主軸回轉(zhuǎn)誤差所引起的加工誤差也不同 第38頁/

15、共247頁第二節(jié) 影響加工精度的因素及其分析(a) 車床類機床 (b)鏜床類機床在車床一類機床上，主軸的受力方向一定，孔表面接觸點幾乎不變。這時主軸軸頸的圓度誤差將傳給工件，而軸套孔的誤差則對加工精度的影響較小。在鏜床一類機床上，作用在主軸上的切削力是隨鏜刀而旋轉(zhuǎn)的，軸表面接觸點變，因此軸套孔的圓度誤差將傳給工件，而與軸頸圓度誤差對加工精度影響較小 第39頁/共247頁主軸配合件對回轉(zhuǎn)精度的影響(a)孔與滾道不同軸 （b)滾道不圓 (c)滾道有波度 (d)滾動體的不同與尺寸差 軸承滾道對回轉(zhuǎn)精度的影響第40頁/共247頁 主軸軸頸的精度對回轉(zhuǎn)精度的影響(a)安裝前內(nèi)環(huán)的孔和 (b)主軸軸頸的

16、(c)裝上軸頸后的內(nèi)環(huán)滾道的形狀誤差 形狀誤差 滾道的形狀誤差第41頁/共247頁主軸回轉(zhuǎn)精度的測量傳統(tǒng)測量方法：將一根精密心棒插入主軸孔，在其周圍表面的兩處及端部打表 。傳統(tǒng)方法存在一定不足，當(dāng)前先進(jìn)的測量方法是通過傳感器在主軸以工作速度旋轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行分析處理，得出主軸的各項誤差 第42頁/共247頁2)傳動鏈誤差齒輪、蝸輪、螺紋、絲桿等表面的形成，要求刀具和工件之間有嚴(yán)格的運動關(guān)系。這種相連的運動關(guān)系是由機床的傳動系統(tǒng)即傳動鏈來保證的傳動鏈誤差的概念：傳動鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃釉g相對運動的誤差。一般用傳動鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。第43頁/共247頁如此復(fù)雜的傳動機構(gòu)，各零件

17、加工誤差，安裝誤差都將造成傳動鏈誤差第44頁/共247頁盡可能縮短傳動鏈，減少誤差源數(shù)n。盡可能采用降速傳動；盡可能使末端傳動副采用大的降速比；末端傳動元件應(yīng)盡可能地制造得精確些。提高傳動元件的制造精度和裝夾精度，盡可能地提高傳動鏈中升速傳動元件的精度。提高傳動鏈的傳動精度的措施：第45頁/共247頁r機床的調(diào)整；r夾具的調(diào)整；r刀具的調(diào)整。 第46頁/共247頁試切法調(diào)整；按定程機構(gòu)調(diào)整；按樣件或樣板調(diào)整。試切法調(diào)整廣泛用在單件、小批生產(chǎn)中。這種調(diào)整方式產(chǎn)生調(diào)整誤差的來源有三個方面：q 度量誤差量具本身的誤差和使用條件下的誤差(如溫度影響，使用者的細(xì)致程度)摻入到測量所得的讀數(shù)之中，在無形中

18、擴大了加工誤差；q 加工余量的影響在切削加工中，刀刃所能切掉的最小切屑厚度是有一定限度的 ，銳利的刀刃可達(dá) ，已鈍化的刀刃只能達(dá)到 ，切屑厚度再小時刀刃就“咬”不住金屬而打滑，光起擠壓作用。 5 m20 50 m第47頁/共247頁第48頁/共247頁第49頁/共247頁1、現(xiàn)場加工中工藝系統(tǒng)受力變形的現(xiàn)象： 在車床上加工一根細(xì)長軸時，可以看到在縱向走刀過程中切屑的厚度起了變化，越到中間，切屑層越薄，加工出來的工件出現(xiàn)了兩頭細(xì)中間粗的腰鼓形誤差；舊車床上加工剛性很好的工件時，經(jīng)過粗車一刀后，再要精車的話，有時候不但不把刀架橫向進(jìn)給一點，反而要把它反向退回一點，才能保證精車時切去極薄的一層以滿足

19、加工精度和表面粗糙度的要求；第50頁/共247頁在切削力的作用下，刀具(由于工藝系統(tǒng)的受力變形)和工件相對退讓；設(shè)讓刀距離為y，則工藝系統(tǒng)在Y方向的剛度是： yFky由于切削過程中切削力是不斷地變化的，工藝系統(tǒng)在動態(tài)下產(chǎn)生的變形不同于靜態(tài)下的變形，這樣就有靜剛度和動剛度的區(qū)別。 工藝系統(tǒng)的剛度第51頁/共247頁工藝系統(tǒng)的剛度的計算p若有一根棒料裝夾在卡盤中，則可以按照材料力學(xué)中的懸臂梁公式，把這根棒料的剛度k，直接計算出來：33yF lyEI33yFEIkyl如圖表示在頂尖間加工棒料時工件的受力變形。根據(jù)經(jīng)驗得知，可以把它近似地當(dāng)作兩端架在自由支承上的梁。 由材料力學(xué)可知，當(dāng)載荷施加在梁的中

20、間時，產(chǎn)生的彈性位移為最大：348yF lyEI43348480000EIdkll第52頁/共247頁p遇到由若干零件組成的部件時，剛度問題就比較復(fù)雜。迄今還沒有合適的計算方法，需要用實驗的方法來加以測定。 在車床兩頂尖之間，安裝一根短而粗的心軸，并在刀架上裝上一個螺旋加力器，在加力器和心軸之間放一個測力環(huán)；轉(zhuǎn)動加力器的加力螺釘，刀架與心軸之間便產(chǎn)生了作用力，力的大小由測力環(huán)中的千分表3讀出；在這個力的作用下，刀架的位移可以由裝在床身上的千分表4直接測出，頭架和尾架的位移則可由千分表1和2測出。第53頁/共247頁下圖為一臺舊車床刀架部件的靜剛度曲線。 試驗時載荷逐漸加大，再逐漸減少，反復(fù)三次

21、。圖中所示就是三次加載卸載的曲線。 第54頁/共247頁1）力和變形的關(guān)系不是直線關(guān)系，不符合虎克定律，這反映了部件的變形不純粹是彈性變形；3）當(dāng)載荷去除后，變形恢復(fù)不到起點，這說明部件的變形不僅有彈性變形，而且還產(chǎn)生了不能恢復(fù)的塑性變形；2）加載曲線與卸載曲線不重合，它們間包容的面積代表了在加載卸載的循環(huán)中所損失的能量，也就是消耗在克服部件內(nèi)零件之間的摩擦力和接觸面塑性變形所作的功；4）部件的實際剛度遠(yuǎn)比我們想象的要小。 第55頁/共247頁接觸變形(零件與零件間接觸點的變形）；表面的接觸情況一般情況下，表面愈粗糙，接觸剛度愈小，表面宏觀幾何形狀誤差愈大，實際接觸面積愈小，接觸剛度愈小；材料

22、硬度高，屈服極限也高，塑性變形就小，接觸剛度就大；表面紋理方向相同時，接觸變形較小，接觸剛度就大。 第56頁/共247頁薄弱零件本身的變形；p（a）所示為刀架和其它溜板中常用的楔鐵。由于結(jié)構(gòu)薄而長，剛度很差，再加上不易做得平直，接觸不良，因此在外力作用下，楔鐵容易發(fā)生很大的變形，使刀架的剛度大為降低；pb)所示為軸承套和軸頸、殼體的接觸情況。由于軸承套本身的形狀誤差而形成局部接觸。在外力的作用下，軸承套就象彈簧一樣，產(chǎn)生了較大的變形，使這個軸承部件的剛度大為降低；p只有在薄弱環(huán)節(jié)完全壓平以后，部件的剛度才逐漸提高，這類部件的剛度曲線如圖（c）所示，其剛度具有先低后高的特征。第57頁/共247頁

23、間隙的影響： p在剛度試驗中如果在正反兩個方向加載荷，便可發(fā)現(xiàn)間隙對變形的影響，如圖所示。p在加工過程中，如果是單向受力，使零件始終靠在一面，那么間隙對位移沒有什么影響。p但如果象鏜頭、行星式內(nèi)圓磨頭等受力方向經(jīng)常改變的軸承，則間隙引起的位移對加工精度的影響就比較重要了。 第58頁/共247頁摩擦的影響：在加載時，零件與零件的接觸面間的摩擦力阻止變形的增加。在卸載時，摩擦力又阻止變形的減少。因此在圖中顯示出加載曲線和卸載曲線不相重合。第59頁/共247頁p先不考慮的 影響，圖中所示的刀架在切削時受到兩個方向的力 、 ，產(chǎn)生了兩個方向的變形y、z； p部件的變形和單個零件的變形不同，Y方向的位移

24、，不但和 有關(guān)，而且和切削分力 、 的大小都有關(guān)系； 施力方向的影響 yFzFxF a) b)xFyFzF第60頁/共247頁yFp圖(a)中表示， 不僅使刀架產(chǎn)生了Y方向的變形，而且也產(chǎn)生了Z方向的變形 ；p同樣的，在圖 (b)中， 力也將使刀架產(chǎn)生Y和Z兩個方向的變形。換句話說，變形y不只是由于 而產(chǎn)生的，而是在Fy、Fz綜合作用下產(chǎn)生的，變形Z也是一樣 ;zFyFyFzFyFp像圖(a)那樣受力的情況， 對燕尾導(dǎo)軌面的力矩就有使刀架向后傾側(cè)的傾向；而圖(b)的受力情況， 就有使刀架向前傾側(cè)的傾向(在圖中為了表示醒目起見，只繪出了刀具傾側(cè)的情況，而沒有把刀架傾側(cè)的情況畫出來)。 p所以刀刃

25、在Y方向的實際位移，是切削分力Fx、Fy、Fz共同作用的結(jié)果。因此前面所述關(guān)于工藝系統(tǒng)的剛度的定義也需修改為：()()yxyzFYyFFFY切削力沿 方向的分力在 、 、 共同作用下的 方向的變形第61頁/共247頁p為了更精確地測定機床部件的剛度，可采用帶有三向加力的測力裝置，如圖所示。在這個裝置的半圓形角鐵式的框架1上，每隔15有一螺孔。依照所模擬的和的比例，把加力螺桿2旋入相應(yīng)螺孔。螺桿2和固定在刀架上的受力桿4之間放置測力環(huán)3。再依照所模擬的Fx和Fy的比例，把車頭主軸轉(zhuǎn)動，通過撥桿5把測定裝置回轉(zhuǎn)到相應(yīng)的角度。三向測力裝置 第62頁/共247頁p如圖表示同一車床刀架在Fy和Fz不同比

26、例下的剛度曲線。它說明了在單向作用力下測定的剛度和在三向作用力下測定的剛度是不同的。圖中諸曲線具有下列Fy:Fz的數(shù)值: /0.3yZAFF ；/0.5yZBFF ；/0.8yZFF C；yFD僅有力。第63頁/共247頁222xyzFFFF在一般的彈性變形中，我們過去已經(jīng)習(xí)慣于變形與作用力方向一致的概念，而在加工誤差問題上，我們只著眼于垂直于加工表面的法向變形y0 。要同時兼顧到上述兩點，用這個表達(dá)式k=Fy/y還是比較合適的。只是要理解y是在Fx、Fy、Fz共同作用下產(chǎn)生的。第64頁/共247頁p工藝系統(tǒng)在受力情況下的總位移是各個組成部分位移y機床、y夾具、y刀具、y工件的迭加： +yyy

27、yy刀具系統(tǒng)夾具工件機床 kyFy系統(tǒng)系統(tǒng)yFky機床機床yFky夾具夾具 yFky刀具刀具 yFky工件工件1k 1111kkkk系統(tǒng)刀具夾具工件機床當(dāng)知道了工藝系統(tǒng)的各個組成部分的剛度以后，就可以求出整個工藝系統(tǒng)的剛度。 第65頁/共247頁由于受力點位置的變化而產(chǎn)生的工件形狀誤差；由于切削力變化引起的加工誤差-誤差復(fù)映規(guī)律；其它作用力引起工藝系統(tǒng)受力變形的變化所產(chǎn)生的加工誤差。 第66頁/共247頁工藝系統(tǒng)的剛度除了受到各組成部分的剛度的影響之外，還有一個很大的特點，那就是隨著受力點的位置的變化而變化；為了說明這個問題，以在車床頂尖間加工的光軸為例。先假定工件短而粗，剛度很高，它在受力下

28、的變形比之機床、夾具、刀具的變形小到可以忽略不計，則工藝系統(tǒng)的總位移完全取決于機床頭尾座(包括頂尖)和刀架（包括刀具)的位移；第67頁/共247頁當(dāng)車刀走到如圖示的位置時，在切削力的作用下（圖中僅表示出)，頭座由A位移到A，尾座由B位移到B，刀架由C位移到C，它們的位移分別為y頭座、y尾座、y刀架。此時工件的軸心線由AB位移到AB，則在切削點處的位移yx為：xyyx頭座由于xxyyl尾 座頭 座所以 xyyyylx頭座尾座頭座第68頁/共247頁設(shè)FA、FB為所引起的在頭、尾座處的作用力，則AylxFFlByxFFl代入上式，得到22()yyFFlxxyklklx頭座尾座又因 yFyk刀 架刀

29、 架第69頁/共247頁工藝系統(tǒng)的總位移22111()xylxxyyyFkklkl系統(tǒng)刀架刀架頭座尾座300yFN設(shè)60000/kN mm頭座50000/kN mm尾座k40000 /N mm刀架頂尖間距離 600mm沿工件長度上工藝系統(tǒng)的位移如下表 0.01350.01180.01070.01030.01040.01110.0125y系統(tǒng)(mm)（尾座處） (工件中間)0(頭座處)x16l13l12l23l56ll工件軸向最大直徑誤差(鞍形)為：20.01350.010320.0064yymm尾座中間第70頁/共247頁22()3yFlxxyEIl工件第71頁/共247頁300FN30 60

30、0mm522 10/EN mm則沿工件長度上的位移有如下表：00.0520.1320.170.1320.0520y系統(tǒng)(mm) (尾座處） (工件中間)0(頭座處)x16l13l12l23l56ll故工件軸向最大直徑誤差(鼓形)為 0.1720.34mm比之上面的誤差要大50倍。第72頁/共247頁22 22111()()3yl xxl x xyFkklklEIl 系 統(tǒng)刀 架頭 座尾 座22221 k111()()k3lxxlxxklklEIl系統(tǒng)刀架頭座尾座第73頁/共247頁p圖(a)、(b)、(c)表示在內(nèi)圓磨床、單臂龍門刨床和臥式鏜床上加工時工藝系統(tǒng)中對加工精度起決定性作用的部件的變

31、形狀況。它們都是隨著施力點位置的變化而變化的。p圖 (d)表示同樣的鏜孔加工，采用了工件進(jìn)給而鏜桿不進(jìn)給的方式，工藝系統(tǒng)剛度不隨施力點位置的變動而起變化，同時，鏜桿受力情況從懸臂梁變成簡支梁，從而大大地提高了加工精度。 第74頁/共247頁由于毛坯加工余量和材料硬度的變化，在加工過程中引起了切削力的變化，進(jìn)而引起工藝系統(tǒng)受力變形的變化，產(chǎn)生了工件的尺寸誤差和形狀誤差。在工件每一轉(zhuǎn)的過程中，切削深度將從最小值增加到最大值，然后再減小，切削深度的變化引起了切削力變化；偏心毛坯變化的切削力作用在工藝系統(tǒng)上，使它的受力變形也發(fā)生了相應(yīng)的變化。切削力大時，變形也大；切削力小時，變形相應(yīng)地變?。?誤差復(fù)映

32、加工偏心毛坯之后得到的工件仍然是略有偏心的。這種現(xiàn)象在工藝學(xué)中稱為誤差復(fù)映。第75頁/共247頁根據(jù)切削原理，切削分力yF可表示為：FFyyyxyyFpFCaf 與刀具幾何形狀以及切削條件(刀具材料及幾何參數(shù)、工件材料及其強度與硬度、切削用量、冷卻液等)有關(guān)的系數(shù)； 、 切削深度、進(jìn)給量； 、 指數(shù) yFCpafyFxyFy在材料硬度均勻，刀具幾何形狀、切削條件和進(jìn)給一定時：FyyyFCfC（常數(shù)） 則FyxypFCa第76頁/共247頁045TK 001000SyFx接近于1ypFCa由此引起的工藝系統(tǒng)受力變形為：11 KpC ay系 統(tǒng)22 KpC ay系 統(tǒng)1212() KppCyyaa

33、工件系統(tǒng)由于 12ppaa毛坯 KC毛坯工件系統(tǒng)令 工件毛坯則 KC系統(tǒng)第77頁/共247頁 KC系 統(tǒng)p當(dāng)加工過程分成幾次走刀進(jìn)行時，每次走刀的復(fù)映系數(shù)為： 、 、 ，則總的復(fù)映系數(shù) 123123. 總p由于 總是小于 ，復(fù)映系數(shù)總是小于1，經(jīng)過幾次走刀后， 降到很小的數(shù)值，加工誤差也就降到允許的范圍以內(nèi)。 y總pa第78頁/共247頁p每一件毛坯的形狀誤差，不論是圓度、圓柱度、同軸度(偏心、徑向跳動等)、平直度誤差等都以一定的復(fù)映系數(shù)復(fù)映成工件的加工誤差，這是由于切削余量不均勻而引起的；p在一般車削時，只有在粗加工時用誤差復(fù)映規(guī)律估算加工誤差才有實際意義。但是在工藝系統(tǒng)剛度低的場合下(如鏜

34、孔時桿較細(xì)，車削時工件較細(xì)長以及磨孔時磨桿較細(xì)等)，則誤差復(fù)映的現(xiàn)象比較明顯，有時需要從實際反映的復(fù)映系數(shù)著手分析提高加工精度的途徑；p在大批大量生產(chǎn)中，都是采用定尺寸調(diào)整法加工的，即刀具在調(diào)整到一定的切深后，就一件件連續(xù)加工下去，不再逐次試切，逐次調(diào)整切深。這樣，對于一批尺寸大小有參差的毛坯而言，每件毛坯的加工余量都不一樣，由于誤差復(fù)映的結(jié)果，也就造成了一批工件的“尺寸分散”。為了保持尺寸分散不超出允許的公差范圍，就有必要查明誤差復(fù)映的大小。這也是在分析和解決加工精度問題時常常遇到的一項工作。第79頁/共247頁機械加工中除了切削力作用于工藝系統(tǒng)之外，還作用著其它的力，如夾緊力、工件的重量、

35、機床移動部件的重量、傳動力以及慣性力等，這些力也能使工藝系統(tǒng)中某些環(huán)節(jié)的受力變形發(fā)生變化，也會產(chǎn)生加工誤差：1)、夾緊力引起的影響:p對于剛性較差的工件，若是夾緊時施力不當(dāng)，也常引起工件的形狀誤差；第80頁/共247頁 (a) (b) (c) (d)夾緊力引起的工作形狀誤差 第81頁/共247頁p 在大型機床上，機床部件在加工中位置的移動改變了部件自重對床身、橫梁、立柱的作用點位置，也會引起加工誤差。機床部件和工作自重所引起的誤差 第82頁/共247頁第83頁/共247頁第84頁/共247頁315384WLEI 當(dāng)支承在離兩端的 D和E時，自重引起的兩端最大變形量為：29L320.1384WL

36、EI 21150 W為零件重量，L為零件長度，E為彈性模量，I為截面慣性矩。 第85頁/共247頁第86頁/共247頁減少工藝系統(tǒng)受力變形是機械加工中保證質(zhì)量和提高效率的有效途徑。根據(jù)生產(chǎn)實際的經(jīng)驗，可以歸納為下列幾個方面：提高工藝系統(tǒng)中零件間的配合表面質(zhì)量，以提高接觸剛度;設(shè)置輔助支承提高部件剛度;當(dāng)工件剛度成為產(chǎn)生加工誤差的薄弱環(huán)節(jié)時，縮短切削力作用點和支承點的距離也可以提高工件的剛度;第87頁/共247頁提高機床導(dǎo)軌的刮研質(zhì)量，提高頂尖錐體同主軸和尾座套筒錐孔的接觸質(zhì)量，多次修研加工精密零件用的中心孔等，都是在實際生產(chǎn)中經(jīng)常采用的工藝方法；提高接觸剛度的另一種辦法就是預(yù)加載荷，這樣不但消

37、除了配合面間的間隙，而且從一開始就有較大的實際接觸面積。 第88頁/共247頁主軸部件與預(yù)加載荷預(yù)緊力 (a)表示臥軸矩臺平面磨床的主軸軸承中所采用的預(yù)加載荷裝置，它使?jié)L動軸承內(nèi)外環(huán)和鋼珠之間造成初期局部變形；(b)表示銑床主軸常用的拉桿裝置，它使銑刀桿的錐部和主軸的錐孔緊密接觸，這些都是提高機床主軸部件剛度的有效措施 ；（c）表示加了預(yù)加載荷后部件剛度由K0提高到K的變化。 第89頁/共247頁如圖 (a)表示在轉(zhuǎn)塔車床上加工時用的輔助支承式的裝置，它可以大大地提高牌樓式刀架的剛度；圖 (b)也是轉(zhuǎn)塔車床上常用的提高刀架和鏜桿剛度的措施。鏜桿先伸進(jìn)床頭箱主軸孔中的導(dǎo)套之內(nèi)，在導(dǎo)套的支承下進(jìn)行

38、鏜孔，就比不用導(dǎo)套支承而成懸臂式的剛度要高得多。第90頁/共247頁在車削細(xì)長軸時，利用中心架，使支承間的距離縮短一半，工件的剛度就比不用中心架提高了8倍圖(a)；采用跟刀架車削細(xì)長軸時圖 (b),切削力作用點與跟刀架支承點間的距離便減少到510mm，工件的剛度更可提高。只是這時工藝系統(tǒng)剛度的薄弱環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移到跟刀架本身和跟刀架與刀架溜板的結(jié)合面上去了。 用輔助支承提高工件剛度 第91頁/共247頁不用后頂尖時133EIKl工件(當(dāng)力作用在工件自由端時)；用后頂尖時3110EIKl2工件（當(dāng)力作用在工件中心時）。 第92頁/共247頁(a) (b)銑角鐵時的兩種裝夾第93頁/共247頁在機械加工中

39、，工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下，常產(chǎn)生復(fù)雜的變形，破壞工件與刀具的相對位置和運動的準(zhǔn)確性，造成工件的加工誤差。熱變形對加工精度的影響較大，特別是精密加工和大件加工中，熱變形所引起的加工有時占到加工誤差的40%-70%。第94頁/共247頁 工藝系統(tǒng)的熱變形及其熱源 機床的熱變形及其對加工精度的影響 減少機床熱變形對加工精度影響的基本途徑 刀具的熱變形及其對加工精度的影響 工件的熱變形第95頁/共247頁工藝系統(tǒng)的熱源工藝系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)部熱源工藝系統(tǒng)外部產(chǎn)生的外部熱源切屑、摩擦、派生熱 環(huán)境溫度、輻射熱第96頁/共247頁切屑、摩擦、派生熱切削過程中,切削金屬層的彈性、塑性變形及刀具、工件、切屑

40、間摩擦消耗的能力絕大多數(shù)轉(zhuǎn)化為切削熱。這些熱能量以不同的比例傳給工件、刀具、切屑以及周圍的介質(zhì)。機床中的各種運動副,如導(dǎo)軌副、齒輪副、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副、摩擦離合器等,在相對運動時因摩擦而產(chǎn)生熱量。機床的各種動力源,如液壓系統(tǒng)、電機等工作時也要產(chǎn)生能量損耗而發(fā)熱(又稱電力熱)。這些熱量是機床熱變形的主要熱源。切削中的部分切削熱由切屑、切削液傳給機床機身,摩擦熱由潤滑油傳給機床各處,從而使機床產(chǎn)生熱變形。這部分熱源稱為派生熱源。第97頁/共247頁環(huán)境溫度、輻射熱一般來說,工作地周圍環(huán)境隨氣溫而變化,而且不同位置處的溫度也各不相同,這種環(huán)境溫度的差異有時也會影響加工密度。如加工大型精密件往往

41、需要較長時間(有時時甚至需要同個晝夜)。由于晝夜溫差使工藝系統(tǒng)熱變形不均勻,從而產(chǎn)生加工誤差。來自陽光、照明燈、暖氣設(shè)備及人體等。第98頁/共247頁工藝系統(tǒng)的熱平衡工藝系統(tǒng)受各種熱源影響,其溫度逐步上升。但同時,它們也通過各種傳熱方式向周圍散發(fā)熱量。當(dāng)單位時間內(nèi)傳入和散發(fā)的熱量相等時,則認(rèn)為工藝系統(tǒng)達(dá)到熱平衡。機床溫度變化比較緩慢。機床開始后一段時間(約26h)里,溫升才逐漸趨于穩(wěn)定。當(dāng)機床各點溫度都達(dá)到穩(wěn)定值時,則被認(rèn)為熱平衡,此時的溫度場是比較穩(wěn)定的溫度場,其熱變形也相應(yīng)地趨于穩(wěn)定。此時引起的加工誤差是有規(guī)律的。當(dāng)機床處于平衡之前的預(yù)熱期,溫度隨時間而升高,其熱變形將隨溫度的升高而變化,

42、故對加工精度的影響也比較大。因此,精密加工應(yīng)在熱平衡之后進(jìn)行。第99頁/共247頁由于各類機床的結(jié)構(gòu)和工作條件相差很大，所以引起機床熱變形的熱源和變形形式也是多種多樣的。 機床的主傳動系統(tǒng)機床導(dǎo)軌的摩擦液壓系統(tǒng)根據(jù)機床的熱源分類如普通機床、六角機床、銑床、臥式鏜床、坐標(biāo)鏜床等。如龍門刨床、立式車床等。如各種液壓機床。第100頁/共247頁由于各類機床的結(jié)構(gòu)和工作條件相差很大，所以引起機床熱變形的熱源和變形形式也是多種多樣的。 精密機床半自動和自動機床床身較長的機床根據(jù)熱變形影響不同如坐標(biāo)鏜床和磨床類機床 如導(dǎo)軌磨床、龍門刨床 第101頁/共247頁熱源的熱量,一部分傳給周圍介質(zhì),一部分傳給熱源

43、近處的機床零部件和刀具,以致產(chǎn)生熱變形,影響加工密度。由于機床各部分的體積較大,熱容量也大,因而機床熱變形進(jìn)行得緩慢(車床主軸箱一般不高于60)。實踐表明,車床部件中受熱最多變形最大的是主軸箱,其他部分如刀架、尾座等溫升不高,熱變形較小。車床主軸前軸承的溫升最高。對加工精度影響最大的因素是主軸軸線的抬高和傾斜。實踐表明主軸抬高是主軸軸承溫度升高引起主軸箱變形的結(jié)果,它約占總抬高量的70%。由床身熱變形所引起的抬高一般小于30%。影響主軸傾斜的主要原因是床身的受熱彎曲,它約占總傾斜量的75%。主軸前后軸承的溫差所引起的主軸傾斜只占25%。第102頁/共247頁機床在工作狀況下熱變形趨勢圖 車床的

44、熱變形 萬能銑床的熱變形 第103頁/共247頁平面磨床的熱變形 雙端面磨床的熱變形 機床在工作狀況下熱變形趨勢圖 第104頁/共247頁機床在工作狀況下熱變形趨勢圖 立式車床工作臺的熱變形 第105頁/共247頁 結(jié)構(gòu)措施 工藝措施l 熱對稱結(jié)構(gòu)l 在設(shè)計上使關(guān)鍵件的熱變形避開加工誤差的敏感方向 l 合理安排支承的位置，使產(chǎn)生熱位移的有效部分縮短 l 均衡關(guān)鍵件的溫升，避免彎曲變形l 隔離熱源可以從根本上減少機床的熱變形l 對發(fā)熱量大的熱源采用足夠冷卻的措施l 在安裝機床的區(qū)域內(nèi)保持恒定的環(huán)境溫度 l 將精密機床中的坐標(biāo)鏜床、螺紋機床和齒輪機床等安裝在恒溫室中使用 l 讓機床在開車后空轉(zhuǎn)一段

45、時間，在到達(dá)或接近熱平衡后再進(jìn)行加工 第106頁/共247頁 熱對稱結(jié)構(gòu)立柱熱對稱結(jié)構(gòu) 以加工中心機床為例（左圖），在受熱影響下，單立柱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相當(dāng)大的扭曲變形；而雙立柱結(jié)構(gòu)由于左右對稱，僅產(chǎn)生垂直方向的平移（這種單向的原始誤差，很容易用垂直坐標(biāo)移動的修正量來補嘗掉)。因此，雙立柱式結(jié)構(gòu)的機床主軸相對于工作臺的熱變形比單立柱結(jié)構(gòu)小得多。 第107頁/共247頁雙立柱加工中心減少機床熱變形對加工精度影響的基本途徑之結(jié)構(gòu)措施 第108頁/共247頁 熱對稱結(jié)構(gòu)原滑枕結(jié)構(gòu) 滑枕熱變形示意圖更改之后滑枕結(jié)構(gòu) 由于運動下的導(dǎo)軌部分摩擦生熱，而該部分的質(zhì)量較大，熱量多，所以滑枕截面底部的熱膨脹比上部大，迫

46、使整個滑枕彎曲變形 將導(dǎo)軌布置在滑枕截面中間 第109頁/共247頁 在設(shè)計上使關(guān)鍵件的熱變形避開加工誤差的敏感方向 (a) (b) 主軸箱的兩種裝配結(jié)構(gòu)的熱位移的示意圖 前者的主軸軸心線對于安裝基準(zhǔn)而言，只有Z方向的熱位移，不在加工誤差的敏感方向上，對加工精度影響很小 除了Z方向的熱位移外還產(chǎn)生Y方向的熱位移,對加工精度有直接影響 第110頁/共247頁 合理安排支承的位置，使產(chǎn)生熱位移的有效部分縮短 (a) (b) 控制砂輪架Y方向位置的絲杠的有效長度L1控制砂輪架Y方向位置的絲杠的有效長度LL1 L，所以a）由熱變形加工誤差小支承距離對砂輪架熱位移的影響 第111頁/共247頁 對發(fā)熱量

47、大的熱源采用足夠冷卻的措施 l 擴大散熱表面，保證良好的自然冷卻條件(不形成熱空氣袋)l 使用強制式的冷卻：空氣冷卻、水冷卻、循環(huán)潤滑 隔離熱源可以從根本上減少機床的熱變形 l 油池(連同油泵、閥等)、冷卻液箱等成為獨立的單元從機床中移到外面以后，機床的熱變形可顯著地下降。第112頁/共247頁 均衡關(guān)鍵件的溫升，避免彎曲變形 “O”表示測量溫度的地方數(shù)字的單位是在平面磨床上用熱空氣均衡立柱冷后壁的溫度場 l右圖表示平面磨床采用熱空氣來加熱溫升較低的立柱后壁，以均衡立柱前后壁的溫升，這樣可以顯著地降低立柱的彎曲變形。l熱空氣從電動機風(fēng)扇排出，通過特設(shè)的管道導(dǎo)向防護罩和立柱后壁的空間，再排出到外

48、面。在這種情況下，被加工工件的端面的平面度可以降低到未采取均衡措施前的 ，這種方法又稱為熱補償法。1134第113頁/共247頁在安裝機床的區(qū)域內(nèi)保持恒定的環(huán)境溫度 l 均勻安排車間內(nèi)加熱器，取暖系統(tǒng)等的位置，使熱流的方向不朝向機床，以及建立車間門斗或簾幕l 精密機床還不應(yīng)受到陽光的直接照射，以免引起不均勻的熱變形第114頁/共247頁 將精密機床中的坐標(biāo)鏜床、螺紋機床和齒輪機床等安裝在恒溫室中使用 l 恒溫精度應(yīng)嚴(yán)格控制（一般精度取 ，精密級 ，超精密級為 ）l 恒溫基數(shù)則可按季節(jié)適當(dāng)?shù)丶右宰儎?01 C00.5 C00.01 C 讓機床在開車后空轉(zhuǎn)一段時間，在到達(dá)或接近熱平衡后再進(jìn)行加工，

49、在加工有些精密零件時，盡管有不切削的間斷時間，但仍讓機床空轉(zhuǎn)，以保持機床的熱平衡。第115頁/共247頁 切削過程中，一部分切削熱傳給刀具，盡管這部分熱量很少(高速車削時只占1%2%)，但由于刀體較小，熱容量較小，因此，刀具的溫度仍然很高 高速鋼車刀的工作表面溫度可達(dá)700800。刀具受熱伸長量一般情況下可達(dá)到0.030.05mm。從而產(chǎn)生加工誤差,影響加工精度。第116頁/共247頁 刀具連續(xù)工作時的熱變形引起的加工誤差； 刀具間歇工作時的熱變形引起的加工誤差； 刀具連續(xù)工作時，如車削長軸或在立車床車大端面，傳給刀具的切削熱隨時間不斷增加，刀具產(chǎn)生熱變形而逐漸伸長，工件產(chǎn)生圓度誤差或平面度誤

50、差。 當(dāng)采用調(diào)整法加工一批短軸零件時，由于每個工件切削時間較短，刀具的受熱與冷卻間歇進(jìn)行，故刀具的熱伸長比較緩慢。 總的來說，刀具能夠迅速達(dá)到熱平衡，刀具的磨損又能與刀具的受熱伸長進(jìn)行部分的補償，故刀具熱變形對加工質(zhì)量影響并不顯著。第117頁/共247頁 右圖三條曲線中的A表示了車刀在連續(xù)工作狀態(tài)下的升溫中變形過程；B表示切削停止后，刀具冷卻的變形過程；C表示在加工一批短小軸類零件時，由于刀具間斷切削而溫度忽升忽降所形成的變形過程。車刀的熱伸長 間斷切削刀具總的熱變形比連續(xù)切削要小一些，最后其波動量保持在范圍內(nèi)。 第118頁/共247頁工件在機械加工中所產(chǎn)生的熱變形，主要是由于切削熱的作用。有

51、些大型零件同時還受環(huán)境溫度變化的影響（如機床床身導(dǎo)軌）。 對于不同的加工方式，切削熱傳入工件的比例是不同的。對于車、銑、刨、立鏜、外拉削等切削流暢、切削和刀具的摩擦較小的情況，大部分切削熱被切屑帶走，傳入工件的熱量為10%左右對于鉆孔，由于鉆頭橫刃的擠壓作用，切屑與排屑溝的摩擦以及散熱條件不好等原因，鉆孔是所產(chǎn)生的熱量約50%進(jìn)入工件磨削時，約有84%的磨削熱傳入工件在臥鏜鑄鐵工件時，切屑幾乎全部留在孔內(nèi)，傳給切屑的熱量又傳給了工件 四種不同的加工方式第119頁/共247頁即使是同一加工方式，同樣的熱量，由于工件受熱體積不同，引起溫升的熱變形也不一樣。工件的裝夾方式對工件熱變形也有影響內(nèi)圓磨床

52、磨短薄壁套內(nèi)孔時，雖可看作均勻受熱，但由于在夾壓點處的散熱條件好，該處的溫升較其它部分低，故加工完畢冷卻后工件出現(xiàn)棱圓形的圓度誤差在兩死頂尖間加工軸件，因頂尖不能軸向移動，則工件的熱升長受阻導(dǎo)致兩頂尖間產(chǎn)生軸向力，使工件彎曲變形，加工后呈鞍形形狀誤差。工件受熱的均勻與否，對熱變形的影響也很大，若工件單面受熱，就容易產(chǎn)生彎曲 第120頁/共247頁對于工件受熱均勻情況LL T L測得的工件溫升為 ，則熱伸長 （直徑上和長度上)可以按簡單的物理公式計算T6012 10/ C6011 10/ CL式中：工材料的熱膨脹系數(shù)，鋼材為鑄鐵為工件在熱變形方向上的尺寸第121頁/共247頁對于工件受熱均勻情況

53、LL T 磨削絲杠例子：則絲杠的伸長量為：3m03 C63000 12 1030.1Lmm0.02mm，每磨一次溫度就升高約而6級絲杠的螺距累積誤差在全長上不允許超過由此可見熱變形的嚴(yán)重性若絲杠長度為第122頁/共247頁另外，在某些情況下，工件熱變形對粗加工精度的影響也必須注意。例如，在工序集中的組合機床上、在流水線、自動生產(chǎn)線以及數(shù)控機床上進(jìn)行加工時，就必須從熱變形的角度來考慮工序和工步的順序安排。若粗加工工序以后，緊接著是精加工工序，必須引起工件的尺寸和和形狀誤差。第123頁/共247頁LL T 熱變形對粗精加工影響例子：在一臺三工位的組合機床上，第一個工位是裝卸工件，第二個工位是鉆，第

54、三個工位是鉸孔，工件尺寸為 40 40mm310 /minnr0.36/fmm r0107 C820 11 101070.024dmm材料為鑄鐵，鉆孔時轉(zhuǎn)速，進(jìn)給量溫升達(dá)，則工件的孔在直徑上脹大了：鉆孔完華后接著鉸孔，等到工件冷下來一收縮，誤差就超過了7級精度的公差。所以說在這種場合下，粗加工的工件變形就不能忽視了。總體來說，工件受熱均勻，主要影響尺寸精度第124頁/共247頁對于工件受熱不均勻情況，將產(chǎn)生形狀誤差。機床導(dǎo)軌面的磨削例子0.11mmpM131W型外圓磨床導(dǎo)軌在磨削熱作用下，上下溫差可達(dá)3在垂直面的熱變形達(dá)p為了保證磨削精度，就不得不在走過幾個行程后停車等待，讓周圍的空氣把工件表

55、面的熱量帶走。 第125頁/共247頁減少工件熱變形對加工精度的影響采取的措施l 在切削區(qū)域施加充分的冷卻液；l 提高切削速度或進(jìn)給量，使傳入工件的熱量減少；l 工件在精加工前有充分時間間隙，使它得到足夠的冷卻；l 勿讓刀具和砂輪過分磨鈍就進(jìn)行刃磨和修正，以減少切削熱和磨削熱；l 使工件在夾緊狀態(tài)下有伸縮的自由如高速切削和高速磨削如采用彈簧后頂尖氣動后頂尖 第126頁/共247頁l 減小發(fā)熱l 加強散熱能力l 在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采取措施l 控制溫度變化l 均衡溫度場雙立柱例子縮短機床預(yù)熱期在機床適當(dāng)位置加附加熱源主軸前軸承等隔離發(fā)熱源強制冷卻加工前機床高速空轉(zhuǎn)1）右圖是在前軸承與箱體之間增設(shè)一個過渡

56、補償套,用于補償端面磨床主軸熱伸長超差(0.08mm)的問題。過渡補償套與箱體僅在前端接觸,后端與孔壁不接觸。當(dāng)主軸因軸承發(fā)熱而向前伸長時,由于過渡補償套只在端部與箱體連接,過渡補償套則向后伸長,并使整個主軸向后推,自動補償了主軸的向前伸長量。這樣便消除了主軸熱變形對加工精度的影響。2)對絲杠進(jìn)行預(yù)拉以抵消熱變形。滾珠絲杠是一個關(guān)鍵零件,它在工作中承受的負(fù)荷較大,轉(zhuǎn)速高散熱條件差,故在工作中產(chǎn)生熱伸長是必然的。為消除滾珠絲杠的熱變形,常采用預(yù)拉絲杠的方法,即在加工時把絲杠的螺距故意做小一些,裝配時對絲杠拉伸,將其螺距拉大到標(biāo)準(zhǔn)值。絲杠受拉后產(chǎn)生拉應(yīng)力,該力應(yīng)比工作時絲杠受到的熱應(yīng)力大。實際上就

57、是用拉應(yīng)力的變形抵消熱伸長,從而避免絲杠熱伸長造成的誤差。第127頁/共247頁 毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力 冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力 切削（磨削）帶來的內(nèi)應(yīng)力 在主軸和箱體加工中，都安排有時效處理的工序，目的是為了消除工件的內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)外部的載荷去除以后，仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力是由于金屬內(nèi)部宏觀的或微觀的組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。其外界因素就來自熱加工和冷加工。 切削（磨削）過程中形成的力和熱，使被加工工件的表面層產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，這部分內(nèi)容將在本章后面進(jìn)行討論。第128頁/共247頁 毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力在鑄、鍛、焊、熱處理等加工過程中，由于各部分冷熱收縮不均勻以及金相組織轉(zhuǎn)變的體積變

58、化，使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生了相當(dāng)大的內(nèi)應(yīng)力。毛坯的結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，各部分的厚度愈不均勻，散熱的條件相差愈大，則在毛坯內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力也愈大。具有內(nèi)應(yīng)力的毛坯由于內(nèi)應(yīng)力暫時處于相對平衡的狀態(tài)，在短時期內(nèi)還看不出有什么變動。但在切削去某些表面部分以后，就打破了這種平衡，內(nèi)應(yīng)力重新分布，零件就明顯地出現(xiàn)了變形。 第129頁/共247頁 毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力(a)(b)鑄件因內(nèi)應(yīng)力而引起的變形一個內(nèi)外壁厚相差較大的鑄件冷卻過程大致如下：由于壁1和2比較薄，散熱較易，所以冷卻較快；壁3比較厚，所以冷卻較慢。冷卻完成之后，壁3受到了拉應(yīng)力，壁1和2受到壓應(yīng)力，形成了相互平衡的狀態(tài)。 在這個鑄件的璧2上開一個口，則壁

59、2的壓應(yīng)力消失，鑄件在壁3和1的內(nèi)應(yīng)力作用下，壁3收縮，壁1伸長，鑄件就發(fā)生彎曲變形，直至內(nèi)應(yīng)力重新分布達(dá)到新的平衡為止。 第130頁/共247頁推廣到一般情況，各種鑄件都難免產(chǎn)生冷卻不均勻而形成的內(nèi)應(yīng)力，鑄件的外表面總比中心部分冷卻得快。 毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力若鑄件表面經(jīng)過粗加工刨去一層，引起了內(nèi)應(yīng)力的重新分布并產(chǎn)生彎曲變形（如上圖）。為了克服這種內(nèi)應(yīng)力重新分布而引起的變形，特別是對大型和精度要求高的零件，一般在鑄件粗加工后進(jìn)行時效處理，然后再精加工。第131頁/共247頁 冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力絲枉一類的細(xì)長軸經(jīng)過車削以后，棒料在軋制中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力要重新分布，產(chǎn)生彎曲，如右圖（a）所示。 冷

60、校直就是在原有變形的相反方向加力F，使工件向反方向彎曲，產(chǎn)生塑性變形，以達(dá)到校直的目的 第132頁/共247頁在力F的作用下，工件內(nèi)部的應(yīng)力分布如右圖（b）所示，即在軸心線以上的部分產(chǎn)生了壓應(yīng)力（用“-”號表示)，在軸心線以下部分產(chǎn)生了拉應(yīng)力(用“+”表示)，在軸心線和上下兩條虛線之間是彈性變形區(qū)域，應(yīng)力分布成直線，在直線以外是塑性變形區(qū)域，應(yīng)力分布成曲線。 冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力第133頁/共247頁當(dāng)外力F去除以后，彈性變形部分本來可以完成恢復(fù)而消失，但因塑性變形部分恢復(fù)不了，內(nèi)外層金屬就起了互相牽制的作用，產(chǎn)生了新的內(nèi)應(yīng)力平衡狀態(tài)，如右圖（c）所示。 冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力冷校直后的工件雖然減少