工藝系統(tǒng)的熱變形誤差

1、工藝系統(tǒng)的熱變形誤差第1頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三第十四章 機(jī)械加工精度第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的熱變形誤差第2頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三機(jī)床熱變形引起的加工誤差一工件熱變形所引起的加工誤差二一本節(jié)教學(xué)內(nèi)容第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的熱變形誤差三刀具熱變形所引起的加工誤差四減小熱變形的主要措施第3頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三本節(jié)教學(xué)要求： 掌握工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)的加工誤差的影響及減少和控制工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑。本節(jié)教學(xué)要求第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的熱變形誤差第4頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)

2、：減小工藝系統(tǒng)熱變形的措施。本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的熱變形誤差第5頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的熱變形誤差 機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下，產(chǎn)生復(fù)雜的變形，破壞了工件與刀具相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，引起加工誤差。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的40%70%。工藝系統(tǒng)的熱變形不僅嚴(yán)重地影響加工精度，而且還影響加工效率的提高。第6頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的熱變形誤差工藝系統(tǒng)熱源內(nèi)部熱源外部熱源切削熱摩擦熱環(huán)境熱輻射熱電機(jī)、軸承、齒輪、油泵等工件、刀具、切屑、切削液氣溫、

3、室溫變化、熱、冷風(fēng)等日光、照明、暖氣、體溫等第7頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三機(jī)床熱變形引起的加工誤差一、機(jī)床熱變形引起的加工誤差 由于機(jī)床結(jié)構(gòu)形式和工作條件不同，引起機(jī)床熱變形的熱源和變形形式也不相同。第8頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三機(jī)床熱變形引起的加工誤差車床熱變形引起的加工誤差 車床主軸箱的溫升導(dǎo)致主軸線抬高，主軸前軸承的溫升高于后軸承又使主軸傾斜，主軸箱的熱量經(jīng)油池傳到床身，導(dǎo)致床身中凸，更促使主軸線向上傾斜，最終導(dǎo)致主軸回轉(zhuǎn)軸線與導(dǎo)軌的平行度誤差，使加工后的零件產(chǎn)生圓柱度誤差。第9頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，

4、星期三機(jī)床熱變形引起的加工誤差銑床熱變形引起的加工誤差 萬能銑床的熱源也是主傳動(dòng)系統(tǒng)，由于左箱壁溫度高也導(dǎo)致主軸線升高并傾斜。第10頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三機(jī)床熱變形引起的加工誤差平面磨床熱變形引起的加工誤差第11頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三機(jī)床熱變形引起的加工誤差雙端面磨床熱變形引起的加工誤差第12頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三機(jī)床熱變形引起的加工誤差導(dǎo)軌磨床熱變形導(dǎo)軌磨床熱變形引起的加工誤差 導(dǎo)軌磨床床身導(dǎo)軌面與床身底面溫差1時(shí)，其彎曲變形量可達(dá)0.22mm 。第13頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，

5、4點(diǎn)40分，星期三刀具熱變形引起的加工誤差 刀具熱變形的熱源是切削熱。傳給刀具的切削熱雖然很少，但刀具質(zhì)量小，熱容量小，所以仍會(huì)有很高的溫升，引起刀具的熱伸長(zhǎng)而產(chǎn)生加工誤差。二、刀具熱變形引起的加工誤差A(yù)連續(xù)切削變形曲線C斷續(xù)切削變形曲線B刀具冷卻變形曲線車刀的熱變形曲線第14頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三刀具熱變形引起的加工誤差車刀的熱變形曲線A連續(xù)切削變形曲線 車刀熱伸長(zhǎng)將使加工后的工件產(chǎn)生圓柱度誤差或端面的平面度誤差。連續(xù)車削時(shí)，車刀的熱變形情況如曲線A，刀具受熱伸長(zhǎng)在切削初始階段變化很快，隨后比較緩慢，經(jīng)過約 1020min，便可達(dá)到熱平衡狀態(tài)，車刀不再伸長(zhǎng)。

6、第15頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三刀具熱變形引起的加工誤差車刀的熱變形曲線B刀具冷卻變形曲線當(dāng)車刀停止車削后，刀具冷卻變形過程如曲線B。 第16頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三刀具熱變形引起的加工誤差車刀的熱變形曲線C斷續(xù)切削變形曲線當(dāng)車削一批短小軸類工件時(shí)，加工時(shí)斷時(shí)續(xù)（如裝卸工件）間斷切削，變形過程如曲線C。 在開始切削階段，刀具熱變形較顯著，對(duì)加工精度影響較大，當(dāng)達(dá)到熱平衡后，其熱變形趨于穩(wěn)定，對(duì)加工精度的影響就不明顯。第17頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三刀具熱變形引起的加工誤差車刀的熱變形曲線C斷續(xù)切削變形曲

7、線 對(duì)每一個(gè)工件來說，產(chǎn)生的形狀誤差是較小的；對(duì)一批工件來說，在刀具未達(dá)到熱平衡時(shí)，加工出的一批工件尺寸有一定的誤差。第18頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三工件熱變形引起的加工誤差 工件熱變形的熱源主要是切削熱，對(duì)有些大型件、精密件，環(huán)境溫度也有很大的影響。傳入工件的熱量越多、工件的質(zhì)量越小則熱變形越大。 1.工件均勻受熱 車鏜軸套類零件圓柱面，長(zhǎng)度及徑向受熱變形。若在受熱時(shí)測(cè)量達(dá)到規(guī)定尺寸，冷卻后尺寸變小， 可能出現(xiàn)尺寸超差。三、工件熱變形引起的加工誤差第19頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三工件熱變形引起的加工誤差 1.工件均勻受熱 對(duì)于一些形

8、狀簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)對(duì)稱的零件，如軸、套筒等，加工時(shí)切削熱能較均勻地傳入工件，工件熱變形量可按下式估算式中 工件材料的熱膨脹系數(shù)（1/）； L工件在熱變形方向的尺寸（mm）； t 工件溫升（）。 在較長(zhǎng)軸類零件外圓的車削或磨削加工中，開始切削時(shí)，工件溫升為零，隨著切削的進(jìn)行，工件溫度逐漸升高而使直徑逐漸增大，增大的量被刀具切除，當(dāng)工件冷卻后形成錐度誤差。第20頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三工件熱變形引起的加工誤差 當(dāng)對(duì)工件進(jìn)行刨、銑、磨等平面加工時(shí)，工件單面受熱，上下平面間產(chǎn)生溫差，導(dǎo)致工件向上凸起，中間切去的材料較多，冷卻后加工表面下凹，使工件產(chǎn)生平面度誤差。這種現(xiàn)象對(duì)于加

9、工薄片類零件尤為突出。其變形量可用下式計(jì)算： 2.工件不均勻受熱 式中 工件材料的熱膨脹系數(shù)（1/）； L工件長(zhǎng)度（mm）； t 工件上下表面的溫差（）。H工件厚度（mm）。 第21頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三工件熱變形引起的加工誤差工件熱變形第22頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三減小熱變形的主要措施四、減小熱變形的主要措施 1.減少發(fā)熱和隔熱 （1）減少切削熱 通過合理選擇切削用量和正確選擇刀具幾何參數(shù)減少切削熱。 當(dāng)零件精度要求較高時(shí)，還應(yīng)注意將粗精加工分開進(jìn)行。 （2）減少機(jī)床各運(yùn)動(dòng)副的摩擦熱 對(duì)主軸變速系統(tǒng)、軸承、摩擦離合器、導(dǎo)軌副、

10、絲杠副、快速進(jìn)給系統(tǒng)等的零部件，應(yīng)從結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑等方面減少發(fā)熱。 第23頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三減小熱變形的主要措施（3）分離熱源 凡能從主機(jī)中分離出去的熱源，如電動(dòng)機(jī)、變速箱、液壓系統(tǒng)等應(yīng)盡可能移出以減少它們對(duì)主機(jī)的影響。（4）隔開熱源 用隔熱材料將發(fā)熱部件和機(jī)床大件隔離開。 1減少發(fā)熱和隔熱第24頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三減小熱變形的主要措施（1）使用大流量冷卻液或噴霧冷卻等方法 2冷卻與散熱 利用這些方法可帶走大量切削熱或磨削熱。在精密加工時(shí)，為增加冷卻效果，控制切削液的溫度是很必要的。如大型精密螺紋磨床采用恒溫切削液淋澆工件，

11、機(jī)床的空心絲杠也通入恒溫油，以降低工件與傳動(dòng)絲杠的溫度，提高加工精度的穩(wěn)定性， 第25頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三減小熱變形的主要措施 螺紋磨床工件淋浴恒溫控制系統(tǒng) 2冷卻與散熱第26頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三減小熱變形的主要措施（2）采用強(qiáng)制冷卻來控制熱變形 2冷卻與散熱 目前大型數(shù)控機(jī)床、加工中心機(jī)床普遍采用冷凍機(jī)對(duì)潤(rùn)滑油、切削液進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，機(jī)床主軸和齒輪箱中產(chǎn)生的熱量可由恒溫的切削液迅速帶走。第27頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三減小熱變形的主要措施 機(jī)床剛開始運(yùn)轉(zhuǎn)的一段時(shí)間內(nèi)（預(yù)熱期），溫升較快，熱變形

12、大，當(dāng)達(dá)到熱平衡后機(jī)床各部位的熱變形趨于穩(wěn)定。因此對(duì)于精密機(jī)床，特別是大型機(jī)床，縮短預(yù)熱期，加速達(dá)到熱平衡狀態(tài)，加工精度才易保證。 3保持工藝系統(tǒng)的熱平衡第28頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三減小熱變形的主要措施 精密機(jī)床一般安裝在恒溫車間，其恒溫精度一般控制在土10C內(nèi)，精密級(jí)為土0.50C，超精密級(jí)為土0.010C。恒溫室平均溫度一般為春秋季200C，夏季取230C，冬季可取170C。4控制環(huán)境溫度第29頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的熱變形誤差1.引起工藝系統(tǒng)受熱變形的熱源有哪些？各有什么產(chǎn)生？2.落地臥式車床和轉(zhuǎn)塔車床熱變形引起的主軸在水平面內(nèi)的位移和垂直面的位移對(duì)加工精度的影響是否相同？為什么？3.磨床的主要熱源有哪些？有它們引起的熱變形主要表現(xiàn)在哪些方面？它們對(duì)加工精度有何影響？4.用兩個(gè)固定頂尖對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸加工時(shí)由于切削熱的影響，工件易產(chǎn)生什么變形？怎么減小此變形？第30頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的熱變