機械制造技術：加工過程中存在的誤差

機械制造技術：加工過程中存在的誤差（一）工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差1、基本概念機械加工工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、慣性力、重力、傳動力等的作用下，會產生相應的變形，從而破壞了刀具和工件之間的正確的相對位置，使工件的加工精度下降。如下圖a示，車細長軸時，工件在切削力的作用下會發(fā)生變形，使加工出的軸出現中間粗兩頭細的情況；又如在內圓磨床上進行切入式磨孔時，上圖b，由于內圓磨頭軸比較細，磨削時因磨頭軸受力變形，而使工件孔呈錐形。垂直作用于工件加工表面（加工誤差敏感方向）的徑向切削分力Fy與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形y之間的比值，稱為工藝系統(tǒng)剛度k系,k系=Fy/y式中的變形y不只是由徑向切削分力Fy所引起，垂直切削分力Fz與走刀方向切削分力Fx也會使工藝系統(tǒng)在y方向產生變形，故?y=yFx+yFy+yFz2、工件剛度工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對于機床、刀具、夾具來說比較低，在切削力的作用下，工件由于剛度不足而引起的變形對加工精度的影響就比較大，其最大變形量可按材料力學有關公式估算。3、刀具剛度外圓車刀在加工表面法線（y）方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計。鏜直徑較小的內孔，刀桿剛度很差，刀桿受力變形對孔加工精度就有很大影響。刀桿變形也可以按材料力學有關公式估算。4、機床部件剛度1）機床部件剛度機床部件由許多零件組成，機床部件剛度迄今尚無合適的簡易計算方法，目前主要還是用實驗方法來測定機床部件剛度。分析實驗曲線可知，機床部件剛度具有以下特點：（1）變形與載荷不成線性關系；（2）加載曲線和卸載曲線不重合，卸載曲線滯后于加載曲線。兩曲線線間所包容的面積就是加載和卸載循環(huán)中所損耗的能量，它消耗于摩擦力所作的功和接觸變形功；（3）第一次卸載后，變形恢復不到第一次加載的起點，這說明有殘余變形存在，經多次加載卸載后，加載曲線起點才和卸載曲線終點重合，殘余變形才逐漸減小到零；（4）機床部件的實際剛度遠比我們按實體估算的要小。2）影響機床部件剛度的因素（1）結合面接觸變形的影響（2）摩擦力的影響（3）低剛度零件的影響（4）間隙的影響5、工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響在機械加工過程中，機床、夾具、刀具和工件在切削力作用下，都將分別產生變形y機、y夾、y刀、y工，致使刀具和被加工表面的相對位置發(fā)生變化，使工件產生加工誤差。工藝系統(tǒng)剛度的倒數等于其各組成部分剛度的倒數和。kxt=1/(1/kjc+1/kdj+1/kj+1/kgj)工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響主要有以下幾種情況：1)由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差工藝系統(tǒng)的剛度隨受力點位置的變化而變化。例如：用三爪卡盤夾緊工件車削外圓的加工，隨懸壁長度的增加，剛度將越來越小。因而，車出的外圓將呈錐形。2)由于切削力變化引起的誤差加工過程中，由于工件的加工余量發(fā)生變化、工件材質不均等因素引起的切削力變化，使工藝系統(tǒng)變形發(fā)生變化，從而產生加工誤差。若毛坯A有橢圓形狀誤差（如下圖）。讓刀具調整到圖上雙點劃線位置，由圖可知，在毛坯橢圓長軸方向上的背吃刀量為ap1，短軸方向上的背吃刀量為ap2。由于背吃刀量不同，切削力不同，工藝系統(tǒng)產生的讓刀變形也不同，對應于ap1產生的讓刀為y1，對應于ap2產生的讓刀為y2,故加工出來的工件B仍然存在橢圓形狀誤差。由于毛坯存在圓度誤差△毛＝ap1-ap2，因而引起了工件的圓度誤差△工＝y(tǒng)1-y2，且△毛愈大，△工愈大，這種現象稱為加工過程中的毛坯誤差復映現象?！鞴づc△毛之比值ε稱為誤差復映系數，它是誤差復映程度的度量。（見P203公式7.14）尺寸誤差（包括尺寸分散）和形狀誤差都存在復映現象。如果我們知道了某加工工序的復映系數，就可以通過測量毛坯的誤差值來估算加工后工件的誤差值。3)由于夾緊變形引起的誤差工件在裝夾過程中，如果工件剛度較低或夾緊力的方向和施力點選擇不當，將引起工件變形，造成相應的加工誤差。4)其它作用力的影響6、減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑由前面對工藝系統(tǒng)剛度的論述可知，若要減少工藝系統(tǒng)變形，就應提高工藝系統(tǒng)剛度，減少切削力并壓縮它們的變動幅值。具體如下：1）提高工藝系統(tǒng)剛度（1）提高工件和刀具的剛度減小刀具、工件的懸伸長度：以提高工藝系統(tǒng)的剛度；（2）減小機床間隙，提高機床剛度：采用預加載荷，使有關配合產生預緊力，而消除間隙。（3）采用合理的裝夾方式和加工方式2）減小切削力及其變化??合理地選擇刀具材料，增大前角和主偏角，對工件材料進行合理的熱處理以改善材料地加工性能等，都可使切削力減小。（二）工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響比較大，特別是在精密加工和大件加工中，由熱變形所引起的加工誤差有時可占工件總誤差的40%～70%。機床、刀具和工件受到各種熱源的作用，溫度會逐漸升高，同時它們也通過各種傳熱方式向周圍的物質和空間散發(fā)熱量。當單位時間傳入的熱量與其散出的熱量相等時，工藝系統(tǒng)就達到了熱平衡狀態(tài)。1、工藝系統(tǒng)的熱源——內部熱源和外部熱源內部熱源：如系統(tǒng)內部的摩擦熱（由軸承副、齒輪副等產生）、切削熱等；外部熱源：如外部環(huán)境溫度、陽光輻射等。2、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差：1）工件受熱變形：工件受熱溫度升高后，熱伸長量△L為：△L=αL△t式中：α為工件材料的熱膨脹系數；L為工件長度；△t為工件的溫升。例如：死頂尖裝夾工件時，熱變形將造成工件彎曲。在磨床上為消除熱變形的影響，而采用彈簧頂尖。2）機床受熱變形：當機床受熱不均時，造成機床部件產生變形。例如：機床主軸前、后端受熱不均，將造成主軸抬高，并傾斜。3）刀具受熱變形：刀具受熱以后，引起刀具熱伸長，刀尖位置發(fā)生變化，因而影響加