05第五講+傳動(dòng)鏈與熱誤差.ppt

1、1,機(jī)械制造工藝過(guò)程 第五講,2,第一部分 傳動(dòng)鏈誤差 第二部分 工藝系統(tǒng)熱變形引起的誤差,本次課程內(nèi)容,第一部分內(nèi)容,1 傳動(dòng)鏈精度分析 2 傳動(dòng)誤差的估算和對(duì)加工精度的影響 3 減少傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差的措施 4 夾具的制造誤差與磨損 5 刀具的制造誤差與磨損 6 例題分析（實(shí)戰(zhàn)演練）,3,一 機(jī)床傳動(dòng)鏈精度分析,傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差： 是指內(nèi)聯(lián)系的傳動(dòng)鏈中首末兩端傳動(dòng)元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。 傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差是螺紋、齒輪、蝸輪以及其他按展成原理加工時(shí)，影響加工的主要因素。,4,一 機(jī)床傳動(dòng)鏈精度分析,例如：在滾齒機(jī)上用單頭滾刀加工直齒輪時(shí)，要求滾刀與工件之間具有嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系：滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件轉(zhuǎn)過(guò)

2、一個(gè)齒。 這種運(yùn)動(dòng)關(guān)系是由刀具與工件間的傳動(dòng)鏈來(lái)保證的。 見下頁(yè)圖,5,6,一 機(jī)床傳動(dòng)鏈精度分析,圖3-20所示的機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)具體表示:,7,一 機(jī)床傳動(dòng)鏈精度分析,一 機(jī)床傳動(dòng)鏈精度分析,破壞正確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，使工件產(chǎn)生誤差的主要原因： 傳動(dòng)鏈中傳動(dòng)元件（如齒輪、蝸輪、蝸桿、絲杠、螺母等）存在以下問(wèn)題 制造誤差（主要是影響運(yùn)動(dòng)精度的誤差）、 裝配誤差（主要是裝配偏心） 磨損,8,一 機(jī)床傳動(dòng)鏈精度分析,傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差一般可用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來(lái)衡量。 由于各傳動(dòng)件在傳動(dòng)鏈中所處的位置不同，它們對(duì)工件加工精度（即末端件的轉(zhuǎn)角誤差）的影響程度是不同的。 假設(shè)滾刀軸均勻旋轉(zhuǎn)，則不同傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)

3、角誤差傳遞到末端件所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差分析如下：,9,不同傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)角誤差傳遞到末端件所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差：,10,一 機(jī)床傳動(dòng)鏈精度分析,總的影響分析,11,傳動(dòng)元件如齒輪、蝸輪等所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差，主要是因?yàn)橹圃鞎r(shí)的幾何偏心或運(yùn)動(dòng)偏心及裝配到軸上時(shí)的安裝偏心所引起。 因此，各傳動(dòng)元件的轉(zhuǎn)角誤差是轉(zhuǎn)角的正弦函數(shù)：,12,一 機(jī)床傳動(dòng)鏈精度分析,13,一 機(jī)床傳動(dòng)鏈精度分析,結(jié)論：傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差（即末端元件總轉(zhuǎn)角誤差）也是呈周期性變化的。,14,一 機(jī)床傳動(dòng)鏈精度分析,傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差可以用誤差頻譜圖來(lái)表示。 橫坐標(biāo)表示誤差的各次諧波的頻率， 縱坐標(biāo)表示誤差的各次諧波的幅值,見圖a； 對(duì)滾齒機(jī)來(lái)說(shuō)，當(dāng)滾

4、刀軸均勻轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，直接測(cè)量工作臺(tái)轉(zhuǎn)角誤差，可得到周期性的傳動(dòng)誤差曲線，見圖b； 如將其各種頻率成分分量分解出來(lái)，如圖c，作出頻譜圖。,15,傳動(dòng)精度的測(cè)量與信號(hào)處理,16,傳動(dòng)精度的測(cè)量與信號(hào)處理,作出頻譜圖以后，可以根據(jù)頻率的大小判斷每種誤差分量來(lái)自傳動(dòng)鏈中哪一個(gè)傳動(dòng)元件，并可根據(jù)各種誤差分量幅值大小找出影響傳動(dòng)誤差的主要環(huán)節(jié)。 這種分析方法稱作傳動(dòng)誤差的諧波分析法。,17,傳動(dòng)精度的測(cè)量與信號(hào)處理,測(cè)量傳動(dòng)鏈傳動(dòng)精度的常用兩種方法： 1 磁分度儀 2 光珊式分度儀。 磁分度儀的傳感元件是兩副磁盤和磁頭，兩個(gè)磁盤上分別錄有波數(shù)不同的準(zhǔn)確的正弦波。 疏波數(shù)的磁盤安裝在工作臺(tái)上， 密波數(shù)的磁盤安裝

5、在滾刀軸上。,18,傳動(dòng)精度的測(cè)量與信號(hào)處理,19,在機(jī)床開動(dòng)后相應(yīng)的磁頭分別拾取兩路正弦信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大濾波，其中一路信號(hào)還經(jīng)過(guò)變頻，使之與另一路信號(hào)的頻率相同后比相。,傳動(dòng)精度的測(cè)量與信號(hào)處理,相位差就反映了隨工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度而產(chǎn)生的傳動(dòng)誤差。在記錄儀上便可繪出圖b的轉(zhuǎn)角誤差曲線。 如果把產(chǎn)生的傳動(dòng)誤差的信號(hào)輸入頻譜分析儀，通過(guò)若干并聯(lián)的窄帶濾波器，把各階諧波分解開，再經(jīng)過(guò)檢波、積分電路，得到相應(yīng)的各階諧波值，接著由開關(guān)電路順次取樣，以頻譜圖方式顯示在熒光屏上或用電平記錄儀繪出。,20,傳動(dòng)精度的測(cè)量與信號(hào)處理,21,傳動(dòng)精度的測(cè)量與信號(hào)處理,傳動(dòng)誤差的估算和對(duì)加工精度的影響,22,在實(shí)際生產(chǎn)

6、中，各傳動(dòng)元件轉(zhuǎn)角誤差的幅值雖可測(cè)得，但由于 初相角往往是隨機(jī)的，很難一一確定，因此一般都是采用測(cè)試 手段實(shí)測(cè)整個(gè)傳動(dòng)鏈的總誤差，然后進(jìn)行諧波分析。 如果沒(méi)有精確測(cè)量傳動(dòng)鏈誤差和進(jìn)行諧波分析的條件，也可 根據(jù)各傳動(dòng)元件周節(jié)累積誤差來(lái)估算其轉(zhuǎn)角誤差的幅值以及 對(duì)加工精度的影響。,傳動(dòng)誤差的估算和對(duì)加工精度的影響,23,齒輪轉(zhuǎn)角誤差的估算（續(xù)）,24,例題（書上習(xí)題）：在滾齒機(jī)上若被加工齒輪分度圓直徑D=100MM,滾切傳動(dòng)鏈中最后一個(gè)交換齒輪的分度圓直徑D=200MM,分度蝸輪付的降速比為1:96，若此交換齒輪的周節(jié)累積誤差為0.12MM,試求由此引起的工件的周節(jié)累積偏差？,25,26,螺距誤差

7、的估算,27,28,螺距誤差的估算,減少傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差的措施,1) 傳動(dòng)件少 2) 傳動(dòng)比小，降速傳動(dòng) 3) 各傳動(dòng)件的加工、裝配誤差 4) 采用校正裝置,29,減少傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差的措施,1) 傳動(dòng)件少 傳動(dòng)件數(shù)越少，傳動(dòng)鏈越短，傳動(dòng)誤差就越小，因而傳動(dòng)精度就高。,30,減少傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差的措施,31,2)傳動(dòng)比小 傳動(dòng)比越小，特別是傳動(dòng)鏈末端傳動(dòng)副的傳動(dòng)比小，則傳動(dòng)鏈中其余各傳動(dòng)元件誤差對(duì)傳動(dòng)精度的影響就越小。采用降速傳動(dòng)，是保證傳動(dòng)精度的重要原則。 對(duì)于螺紋或絲杠加工機(jī)床，為保證降速傳動(dòng)，機(jī)床傳動(dòng)絲杠的導(dǎo)程應(yīng)大于工件螺紋導(dǎo)程； 對(duì)于齒輪加工機(jī)床，分度蝸輪的齒數(shù)一般比被加工齒輪的齒數(shù)多，目的

8、是為了得到很大的降速傳動(dòng)比。 同時(shí)，傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)副傳動(dòng)比應(yīng)按越接近末端的傳動(dòng)副，其降速比越小的原則分配，這樣有利于減少傳動(dòng)誤差。,減少傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差的措施,3)傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)件的加工、裝配誤差 傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)件的加工、裝配誤差對(duì)傳動(dòng)精度均有影響。 最后的傳動(dòng)件（末端件）的誤差影響最大，故末端件（如滾齒機(jī)的分度蝸輪、螺紋加工機(jī)床的最后一個(gè)齒輪及傳動(dòng)絲杠）應(yīng)做得更精確些。,32,減少傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差的措施,4)采用校正裝置 校正裝置的實(shí)質(zhì)是在原傳動(dòng)鏈中人為地加入一誤差，其大小與傳動(dòng)鏈本身的誤差相等而方向相反，從而使之相互抵消。 如高精度螺紋加工機(jī)床常采用機(jī)械式校正機(jī)構(gòu)原理。 采用機(jī)械式的校正裝置只

9、能校正靜態(tài)的傳動(dòng)誤差。如果要校正機(jī)床靜態(tài)及動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差，則需采用計(jì)算機(jī)控制的傳動(dòng)誤差補(bǔ)償裝置。,33,34,減少傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差的措施,夾具的制造誤差與磨損,夾具誤差主要指： 1) 定位元件、刀具導(dǎo)向元件、分度機(jī)構(gòu)、夾具體等的制造誤差； 2) 夾具裝配后，以上各種元件工作面間的相對(duì)尺寸誤差； 3) 夾具在使用過(guò)程中工作表面的磨損。,35,夾具的制造誤差與磨損,36,夾具誤差將直接影響工件加工表面的位置精度或尺寸精度。 例如：鉆孔夾具； 鉆套中心至夾具體上定位平面間的距離誤差，直接影響工件孔至工件底平面的尺寸精度； 鉆套中心線與夾具體上定位平面間的平行度誤差，直接影響工件孔中心線與工件底平面的平行

10、度； 鉆套的直徑誤差也將影響工件孔至底平面的尺寸精度與平行度。 一般來(lái)說(shuō)，夾具誤差對(duì)加工表面的位置誤差影響最大。在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，凡影響工件精度的尺寸應(yīng)嚴(yán)格控制其制造誤差。,37,夾具的制造誤差與磨損,刀具誤差主要是刀具的制造誤差和磨損。 1) 定尺寸刀具； 2) 成形刀具； 3) 展成刀具； 4) 單刃刀具。,38,刀具誤差,1) 定尺寸刀具； 采用定尺寸刀具（如鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀、鏜刀塊及圓拉刀等）加工時(shí)，刀具的尺寸精度直接影響工件的尺寸精度。,39,刀具誤差,2) 成形刀具； 采用成形刀具（如成形車刀、成形銑刀、成形砂輪等）加工時(shí)，刀具的形狀精度將直接影響工件的形狀精度。,40,刀具誤差,

11、3) 展成刀具； 展成刀具（如齒輪滾刀、花鍵滾刀、插齒刀等）的刀刃形狀必須是加工表面的共軛曲線。因此，刀刃的形狀誤差會(huì)影響加工表面的形狀精度。,41,刀具誤差,4) 一般刀具； 對(duì)于一般刀具（如車刀、鏜刀、銑刀），其制造精度對(duì)加工精度無(wú)直接影響，但這類刀具的耐用度較低，刀具容易磨損。,42,刀具誤差,43,刀具的尺寸磨損 任何工具在切削過(guò)程中都不可避免地要產(chǎn)生磨損，并由此引起工件的尺寸和形狀誤差。 例如：用成形刀具加工時(shí)，刀具刃口的不均磨損將直接復(fù)映在工件上，造成形狀誤差； 在加工較大表面（一次走刀需較長(zhǎng)時(shí)間）時(shí)，刀具的尺寸磨損會(huì)嚴(yán)重影響工件的形狀精度； 用調(diào)整法加工一批時(shí)，刀具的磨損會(huì)擴(kuò)大工

12、件尺寸的分散范圍。,刀具誤差,44,刀具尺寸磨損的定義： 是指刀刃在加工表面的法線方向（即誤差敏感方向）上的磨損量u，它直接反映出刀具磨損對(duì)加工精度的影響。,刀具誤差,45,刀具尺寸磨損的過(guò)程分為三個(gè)階段： 初期磨損； 正常磨損； 急劇磨損。 在急劇磨損階段前就必須重新磨刀。,刀具誤差,例題： 在車床上加工絲杠和在滾齒機(jī)上加工齒輪時(shí)，產(chǎn)生傳動(dòng)鏈誤差最主要的環(huán)節(jié)是什么？ 它們引起誤差對(duì)一批工件而言誤差性質(zhì)是什么？ 通常采用哪些措施來(lái)提高傳動(dòng)鏈精度？,46,例題分析,47,在車床上加工絲杠，產(chǎn)生傳動(dòng)鏈誤差最主要環(huán)節(jié)是車床母絲杠的精度； 在滾齒機(jī)上加工齒輪，產(chǎn)生傳動(dòng)鏈誤差最主要的環(huán)節(jié)是滾齒機(jī)工作臺(tái)分

13、度蝸輪的精度。 它們引起的誤差對(duì)一批工件而言是常值系統(tǒng)誤差。 為提高傳動(dòng)鏈精度通常采用的措施有： （1）盡量縮短傳動(dòng)鏈以減少傳動(dòng)幅的數(shù)目； （2）合理安排傳動(dòng)比； （3）提高主要傳動(dòng)元件的制造及裝配精度； （4）采用校正機(jī)構(gòu),參考答案,加工外圓、內(nèi)孔和平面時(shí)，機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差對(duì)加工精度有否影響？ 在怎樣的加工場(chǎng)合下，才須著重考慮機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差對(duì)加工精度的影響？ 傳動(dòng)元件的誤差傳遞系數(shù)，其物理意義是什么？,48,例題分析,49,加工外圓、內(nèi)孔與平面時(shí)，機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差對(duì)加工精度沒(méi)有影響。只有在加工時(shí)要求成形運(yùn)動(dòng)之間有一定的速比關(guān)系時(shí)（如加工螺紋、齒輪等成型表面）才須著重考慮機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差對(duì)加工精度的

14、影響。,參考答案,50,例題分析,51,例題分析,52,參考答案,在鉆床上用鉆模擴(kuò)孔時(shí)，試問(wèn)鉆套直徑的誤差（如尺寸變大了）對(duì)擴(kuò)孔直徑有否直接影響？ 若改用單刃鏜刀，仍用上述鉆模來(lái)引導(dǎo)刀桿進(jìn)行鏜孔，則鉆套直徑的誤差對(duì)鏜孔尺寸精度有否影響？,53,例題分析,在鉆床上：用擴(kuò)孔鉆，擴(kuò)孔直徑不受直接影響。用單刃鏜刀，鏜孔尺寸會(huì)變小。 在車床上：用擴(kuò)孔鉆，擴(kuò)孔直徑會(huì)受影響（因?yàn)楸患庸た椎妮S線是車床主軸的回轉(zhuǎn)軸線），用單刃鏜刀、鏜孔尺寸不受直接影響。,54,參考答案,小結(jié)：,55,1 傳動(dòng)鏈精度分析 2 傳動(dòng)誤差的估算和對(duì)加工精度的影響 3 減少傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差的措施 4 夾具的制造誤差與磨損 5 刀具的制造

15、誤差與磨損 6 例題分析（實(shí)戰(zhàn)演練）,56,第一部分 傳動(dòng)鏈誤差 第二部分 工藝系統(tǒng)熱變形引起的誤差,本次課程內(nèi)容,57,1 熱源、熱平衡、溫度場(chǎng) 2 工件熱變形 3 刀具熱變形 4 機(jī)床熱變形 5 應(yīng)對(duì)措施 6 實(shí)戰(zhàn)演練,第二部分內(nèi)容,熱變形破壞刀具與工件的正確幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，造成工件的加工誤差。 熱變形對(duì)加工精度的影響比較大，精密加工和大件加工中，熱變形所引起的加工誤差通常會(huì)占到工件加工總誤差的40%-70%。,58,概述,工藝系統(tǒng)熱變形影響加工精度，而且影響加工效率。 如：預(yù)熱機(jī)床獲得熱平衡； 降低切削用量減少切削熱和摩擦熱； 粗加工后停機(jī)待熱量散發(fā)后在進(jìn)行精加工； 增加工序粗精加工

16、分開。,59,概述,工藝系統(tǒng)的熱源,熱傳遞的三種方式： 導(dǎo)熱傳遞 對(duì)流傳遞 輻射傳遞。 兩大類熱源： 內(nèi)部熱源 外部熱源。,60,工藝系統(tǒng)的熱源,內(nèi)部熱源：切削熱和摩擦熱，產(chǎn)生于工藝系統(tǒng)內(nèi)部，以熱傳導(dǎo)的的形式傳遞。 外部熱源：工藝系統(tǒng)外部的、以對(duì)流傳熱為主要形式的環(huán)境溫度（與氣溫變化、通風(fēng)、空氣對(duì)流和周圍環(huán)境等有關(guān)）和各種輻射熱（包括由陽(yáng)光、照明、暖氣設(shè)備等發(fā)出的輻射熱）。,61,切削熱是切削加工過(guò)程中最主要的熱源，對(duì)工件加工精度的影響最為直接。 在切削（磨削）過(guò)程中，消耗于切削層的彈、塑性變形能及刀具、工件和切削之間摩擦的機(jī)械能，絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠帷?62,工藝系統(tǒng)的熱源,切削熱Q(j)的

17、大小與被加工材料的性質(zhì)、切削用量及刀具的幾何參數(shù)等有關(guān)。 Q=P(z)vt P(z):主切削力(N); v:切削速度(m/min); t:切削時(shí)間(min).,63,工藝系統(tǒng)的熱源,影響切削熱傳導(dǎo)的主要因素： （1）工件、刀具、夾具、機(jī)床等材料的導(dǎo)熱性能； （2）周圍介質(zhì)的情況。 工件材料熱導(dǎo)率大，則由切削和工件傳導(dǎo)的切削熱較多；刀具材料亦同理。,64,工藝系統(tǒng)的熱源,65,工藝系統(tǒng)的熱源,工藝系統(tǒng)的摩擦熱： 主要是機(jī)床和液壓系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的。 如：電動(dòng)機(jī)、軸承、齒輪、絲杠、導(dǎo)軌幅、離合器、液壓泵等各運(yùn)動(dòng)部分產(chǎn)生的摩擦熱。 摩擦熱比切削熱少，但局部發(fā)熱后，引起溫升和變形，破壞系統(tǒng)的原有幾何

18、精度，對(duì)加工精度帶來(lái)嚴(yán)重影響。,66,工藝系統(tǒng)的熱源,外部熱源的熱輻射及周圍環(huán)境溫度對(duì)機(jī)床熱變形的影響，有時(shí)不容忽視。 加工大型工件，晝夜連續(xù)加工，由于晝夜溫度不同，引起工藝系統(tǒng)的熱變形就不一樣，從而影響了加工精度。,67,工藝系統(tǒng)的熱源,照明燈光、加熱器等對(duì)機(jī)床的熱輻射，往往是局部的，日光對(duì)機(jī)床的照射不僅是局部的，而且不同時(shí)間在輻射熱量和照射位置也不同，因而引起機(jī)床各部分不同的溫升和變形，大型、精密加工尤其不能忽視。,68,工藝系統(tǒng)的熱源,工藝系統(tǒng)在各種熱源的作用下，溫度升高，同時(shí)也通過(guò)各種傳熱方式向周圍的介質(zhì)散發(fā)熱量。 當(dāng)工件、刀具和機(jī)床的溫度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)散出的熱量與熱源傳入

19、的熱量趨于相等，這是工藝系統(tǒng)達(dá)到熱平衡狀態(tài)。,69,工藝系統(tǒng)的熱平衡和溫度場(chǎng)概念,熱平衡狀態(tài)下，工藝系統(tǒng)各部分的溫度就保持在一相對(duì)固定的數(shù)值上，因而各部分的熱變形也就相應(yīng)地趨于穩(wěn)定. 作用于工藝系統(tǒng)各組成部分的熱源，其發(fā)熱量、位置和作用時(shí)間各不相同，各部分的熱容量、散熱條件也不一樣，因此各部分的溫升不同。同一物體，處于不同空間位置上的各點(diǎn)在不同時(shí)間其溫度也是不等的。 物體中各點(diǎn)溫度的分布稱為溫度場(chǎng)。,70,工藝系統(tǒng)的熱平衡和溫度場(chǎng)概念,當(dāng)物體未達(dá)到熱平衡時(shí)，各點(diǎn)溫度不僅是坐標(biāo)位置的函數(shù)，也是時(shí)間的函數(shù)。這種溫度場(chǎng)稱為不穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)。 物體達(dá)到熱平衡后，各點(diǎn)溫度將不再隨時(shí)間而變化，而只是其坐標(biāo)位置

20、的函數(shù)，這種溫度場(chǎng)則成為穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)。,71,工藝系統(tǒng)的熱平衡和溫度場(chǎng)概念,機(jī)床熱變形最復(fù)雜，熱源較多的。 工件和刀具熱源簡(jiǎn)單，熱變形用解析法估算和分析。 使工件產(chǎn)生熱變形的熱源，主要是切削熱。 對(duì)精密零件，周圍環(huán)境溫度和局部溫度受到日光等外部熱源的輻射熱不容忽視。 工件的熱變形兩種：工件比較均勻受熱，工件不均勻受熱。,72,工件熱變形及其對(duì)加工精度影響,73,工件熱變形及其對(duì)加工精度影響,74,（一）工件均勻受熱 假設(shè)：形狀簡(jiǎn)單的軸類、套類、盤類零件的內(nèi)、外圓加工時(shí)，切削熱比較均勻地傳入工件，不考慮工件溫升后的散熱，其溫度沿工件全長(zhǎng)和圓周的分布是比較均勻的，可近似地看成均勻受熱。 加工盤類和長(zhǎng)

21、度較短的銷軸、套類零件，工件縱向誤差可忽略。 車削較長(zhǎng)工件時(shí)，工件冷卻收縮后外圓表面產(chǎn)生圓柱度誤差,工件熱變形及其對(duì)加工精度影響,工件以兩頂尖定位，工件熱伸長(zhǎng)，如頂尖不能軸向位移，產(chǎn)生彎曲變形。 工件的熱變形對(duì)精加工影響大： 絲杠長(zhǎng)度為2m，每磨一次其溫度相對(duì)于機(jī)床母絲杠就3攝氏度，則絲杠的伸長(zhǎng)量為： 2000 x1.17x0.00001x3mm=0.07mm 6級(jí)絲杠的螺距累積誤差在全長(zhǎng)上不允許超過(guò)0.02mm,可見熱變形的嚴(yán)重性。,75,工件熱變形及其對(duì)加工精度影響,工件的熱變形對(duì)粗加工影響不大，但工序集中的場(chǎng)合下，要重視。 例子P197: 在一臺(tái)三工位的組合機(jī)床上加工。 為避免工件粗加工

22、時(shí)熱變形對(duì)精加工時(shí)加工精度的影響，在安排工藝過(guò)程時(shí)應(yīng)盡可能把粗、精加工分開在兩個(gè)工序中進(jìn)行，以使工件粗加工后有足夠的冷卻時(shí)間。,76,工件熱變形及其對(duì)加工精度影響,（二）工件不均勻受熱 銑、刨、磨平面時(shí)，除在沿進(jìn)給方向有溫度差外， 更嚴(yán)重的是工件只是在單面受到切削熱的作用， 上下表面間的溫度差將導(dǎo)致工件向上拱起， 加工時(shí)中間凸起的部分被切去， 冷卻后工件變成下凹，造成平面度誤差。,77,工件熱變形及其對(duì)加工精度影響,78,工件熱變形及其對(duì)加工精度影響,79,結(jié)論：工件單面受熱，變形擾度隨L的增長(zhǎng)而急劇增大，但由于L、H、a均為工件的定量，故欲控制熱變形，就必須減小溫差，減少熱量的傳入。 對(duì)于大

23、型精密板類零件的磨削加工，工件單面受熱引起的誤差對(duì)加工精度的影響很嚴(yán)重。,工件熱變形及其對(duì)加工精度影響,（二）工件不均勻受熱 減小誤差的措施： （1）切削時(shí)使用充分的切削液以減少切削表面的溫升； （2） 也可采用誤差補(bǔ)償法，在裝夾工件時(shí)使工件上表面產(chǎn)生微凹的夾緊變形，以此來(lái)補(bǔ)償切削時(shí)工件單面受熱而拱起的誤差。,80,工件熱變形及其對(duì)加工精度影響,刀具的熱變形主要是切削熱引起的。 通常傳入刀具的熱量并不太多，但熱量集中在切削部分，刀體小，熱容量小，故仍會(huì)有很高的溫升。車削時(shí)，高速剛車刀溫升700-800，硬質(zhì)合金刀刃則可達(dá)1000。,81,刀具熱變形及其對(duì)加工精度的影響,82,連續(xù)切削時(shí)： 刀具

24、的熱變形切削初始階段增加很快，隨后緩慢，10-20分鐘趨向熱平衡。刀具總的熱變形量可達(dá)到0.03-0.05mm。 間斷切削時(shí)： 刀具有短暫的冷卻時(shí)間，其熱變形曲線具有熱脹冷縮雙重特性，且總的變形量比連續(xù)切削時(shí)要小一些。 切削停止： 刀具溫度立即下降，開始冷卻較快，以后逐漸減慢。,刀具熱變形及其對(duì)加工精度的影響,83,加工大型零件，刀具熱變形往往造成幾何形狀誤差。 如：車長(zhǎng)軸時(shí)，可能由于刀具熱伸長(zhǎng)而產(chǎn)生錐度（尾座處直徑比主軸箱附近的直徑大）。 減小刀具熱變形措施： 合理選擇切削用量和刀具幾何參數(shù)，并給以充分冷卻和潤(rùn)滑，以減少切削熱，降低切削溫度。,84,刀具熱變形及其對(duì)加工精度的影響,機(jī)床工作過(guò)

25、程中：內(nèi)外熱源影響各部分溫度升高各部分熱源不同分布不均勻機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性各部件以及同一部件不同位置的溫升不同形成：不均勻溫度場(chǎng)導(dǎo)致：機(jī)床各部件之間的相對(duì)位置發(fā)生變化結(jié)論：破壞原有的幾何精度而造成加工誤差。,85,機(jī)床熱變形及其對(duì)加工精度的影響,機(jī)床空轉(zhuǎn)時(shí)： 各運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的摩擦熱基本不變。 一段時(shí)間后，達(dá)到熱平衡，趨于穩(wěn)定熱態(tài)幾何精度:機(jī)床到到熱平衡狀態(tài)時(shí)的幾何精度。 機(jī)床達(dá)到熱平衡之前，幾何精度變化不定，對(duì)加工精度的影響也變化不定。 磨床：摩擦發(fā)熱影響大，切削熱影響小。 車床、磨床：空轉(zhuǎn)熱平衡時(shí)間4-6H，中小精密機(jī)床1-2H，大型精密機(jī)床超過(guò)12H。,86,機(jī)床熱變形及其對(duì)加工精度的影響,

26、（一）車、銑、鉆、鏜，機(jī)床的主要熱源及其加工精度影響 主軸箱軸中的齒輪、軸承摩擦發(fā)熱，潤(rùn)滑油發(fā)熱是其主要熱源。 主軸箱（主軸傾斜） 床身（立柱）（導(dǎo)軌上凸）。 見P199圖 車床的熱變形,87,機(jī)床熱變形及其對(duì)加工精度的影響,88,機(jī)床熱變形及其對(duì)加工精度的影響,外圓磨床： 砂輪架傾斜工件直徑； 工件頭架傾斜錐度 平面磨床： 砂輪架立柱； 液壓油池床身內(nèi)，下高，中凹； 導(dǎo)軌 床身外，上高，中凸。 雙端面磨床： 砂輪架， 冷卻液床身中部中凸端面傾斜。,89,磨床類機(jī)床的熱變形,磨床都有液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和高速回轉(zhuǎn)磨頭，并且使用大量的切削液，這是主要熱源。,90,磨床類機(jī)床的熱變形,床身熱變形是影響加工

27、精度的主要因素。 龍門銑、刨、磨床床身：導(dǎo)軌面磨擦， 環(huán)境溫度， 輻射。,91,大型機(jī)床熱變形,92,（一）、合理的機(jī)床部件結(jié)構(gòu)及裝配基準(zhǔn) 1、熱對(duì)稱結(jié)構(gòu) 變速箱中，軸、軸承、傳動(dòng)齒輪等對(duì)稱分布，箱壁溫升均勻，箱體變形小。 加工中心：?jiǎn)瘟⒅Y(jié)構(gòu)雙立柱結(jié)構(gòu) 雙立柱結(jié)構(gòu)的機(jī)床主軸相對(duì)于工作臺(tái)的熱變形比單立柱結(jié)構(gòu)小很多。 2、合理選擇機(jī)床零部件的裝配基準(zhǔn) 見下頁(yè)圖：主軸軸心線的影響,減少和控制工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑,93,（二）、均衡溫度場(chǎng) 1)將油池搬出主機(jī)作為一單獨(dú)的油箱； 床身下部配置熱補(bǔ)償油溝，使一部分帶有余熱的回油經(jīng)熱補(bǔ)償油溝送回油池減少溫差導(dǎo)軌中凸量減少。 2)采用熱空氣加熱溫升較低的

28、立柱后壁均衡立柱前后壁的溫升減小立柱的向后傾斜。 注意參看 p201,94,減少和控制工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑,95,96,（二）、隔熱和冷卻 、分離（減小熱源）：電動(dòng)機(jī)，變速箱，液壓，冷卻系移出。 、隔離（熱）：用隔熱材料，阻擋熱源傳熱。 、潤(rùn)滑：改善磨擦，減少發(fā)熱。 、散熱，冷卻：帶走熱量。,97,減少和控制工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑,98,（三）、保持熱平衡狀態(tài) 空轉(zhuǎn)加熱， 人為加熱 （四）、控制環(huán)境溫度 恒溫。,99,減少和控制工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑,100,例題分析,101,參考答案,102,例題分析,103,參考答案,104,試分析圖中所示床身鑄坯形成殘余應(yīng)力的原因，并確定ABC三點(diǎn)殘余應(yīng)力的符號(hào)。當(dāng)刨去A層后，床面會(huì)產(chǎn)生怎樣的變形？,例題分析,105,答：床身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄件冷卻時(shí)各處冷卻速度不均勻，外表面先冷，內(nèi)表面后冷，內(nèi)表面層的體積收縮時(shí)受到外表層的牽制，這種相互牽制在外表層就產(chǎn)生壓應(yīng)力，內(nèi)表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。 切去A層后殘余應(yīng)力將重新分布，以求達(dá)到新的應(yīng)力平衡，因此工件將產(chǎn)生相應(yīng)的變形，床面形成中凹。,在組合鏜床上多軸加工箱體件的孔，其中某孔圖紙要求孔徑尺寸為 mm，加工時(shí)由于切削熱的影響，工件內(nèi)孔溫度升高15攝氏度，問(wèn)此時(shí)應(yīng)如何控制孔的尺寸才能保證不出廢品。,106,例題分析,107,參考答案,108,在車床上加工一批光軸的外圓，加工后經(jīng)度量若整批工件發(fā)