工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響

1、工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響第1頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三1、受力點(diǎn)位置的變化(所引起工件的誤差)(1)機(jī)床變形 第2頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三受力狀況抽象以后：1)車床頭架 ytjyxywz0101AC0202ExPyP1P2L第3頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三2)車床尾架 3)刀架變形 車床頭架，車床尾架，刀架在x處的總變形為：由相似三角形得：從中解出：得到頭架和尾座在x處的變形第4頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三則機(jī)床變形為：將車床頭架，車床尾架，刀架變形代入上式：（2）工件的變

2、形(3)工藝系統(tǒng)總變形第5頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三(4)工件在頂尖上加工后的單邊變形(5)工件誤差 = 2yxt2.工件毛坯加工余量和材料硬度的變化(誤差復(fù)映規(guī)律 )在加工過程中，由于工件毛坯加工余量或材料硬度的變化，引起切削力和工藝系統(tǒng)受力變形的變化，因而產(chǎn)生工件的誤差。第6頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三車削一個(gè)有圓度誤差的毛坯，將刀尖調(diào)整到要求的尺寸(圖中虛線圓)，在工件每一轉(zhuǎn)過程中，切深發(fā)生變化，當(dāng)車刀切至毛坯橢圓長軸時(shí)為最大切深ap1，切至橢圓短軸時(shí)為最小切深ap2，其余在橢圓長、短軸之間切削，切深介于ap1與ap2之間。因此，

3、切削力Py，也隨切深ap的變化而變化，由Pymax變到Pymin，引起工藝系統(tǒng)中機(jī)床的相應(yīng)變形為y1和y2，這樣就使毛坯的圓度誤差復(fù)映到加工后的工件表面。這種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”。 毛坯上的最大誤差為坯aplap2，工件上的最大誤差為工yly2第7頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三設(shè)有誤差復(fù)映系數(shù)： 工=坯，的數(shù)量級 此式表示了加工后工件誤差與毛坯誤差之間的比例關(guān)系，說明了“誤差復(fù)映”的規(guī)律。當(dāng)一次走刀不能滿足精度要求時(shí)，必須進(jìn)行第二次走刀。當(dāng)加工過程分成多次走刀進(jìn)行時(shí)，每次走刀的復(fù)映系數(shù)為1、2、3，則總的復(fù)映系數(shù)： = 123- -系數(shù)，一般為0.4Cp-反映工件材料

4、和刀具角度的系數(shù)kxt-系統(tǒng)剛度第8頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三結(jié)論：（1）誤差復(fù)映的本質(zhì)問題是系統(tǒng)的剛度問題。 余量不均-切削力變化-復(fù)映成加工誤差。（2）復(fù)映系數(shù)遠(yuǎn)小于1，所以在一般車削時(shí)，只有在粗加工時(shí)用誤差復(fù)映規(guī)律估算加工誤差才有實(shí)際的意義。 （3）原始誤差必須多次加工才能消除。但一般2-3次就行。 （4）在批量生產(chǎn)中，對毛坯誤差或前工序的尺寸公差進(jìn)行控制。 第9頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三3、傳動(dòng)力、慣性力、重力和其它作用力的變化 （1）由于慣性力和傳動(dòng)力引起的加工誤差例如單爪傳動(dòng)的撥盤裝置（雞心夾），在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，不平衡的質(zhì)量

5、會(huì)產(chǎn)生周期性的離心力，引起主軸及工件振動(dòng)。 1)工件產(chǎn)生的變形 2)工件在半徑方向產(chǎn)生的加工誤差 第10頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三（2）機(jī)床部件和工件本身的重量引起的加工誤差1)垂直部件：縮短值 是比重；H是垂放尺寸。 2）水平部件：0.577L是美國科學(xué)家艾雷計(jì)算出來的。H0.577L第11頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三(3)夾緊變形引起的誤差當(dāng)工件的剛性較差時(shí)，由于加緊的方法不當(dāng)，也會(huì)引起工件的形狀誤差。例三爪卡盤夾持薄壁套：在夾持點(diǎn)a處和b處的變形分別為：P-夾緊力；R-套筒的平均半徑。第12頁，共33頁，2022年，5月20日，4

6、點(diǎn)40分，星期三4、夾具剛度對加工精度的影響由于工件直接安裝在夾具中，要求夾具體等構(gòu)件具有足夠的強(qiáng)度和剛度，使其在承受夾緊力和切削力作用時(shí)不易變形、不產(chǎn)生振動(dòng)，且夾緊后不改變工件的原有定位。夾具的剛度對于工件加工精度的影響，比機(jī)床上某些離開切削區(qū)較遠(yuǎn)的部件來說更為直接。一般的專用夾具都是根據(jù)某種零件某一工序設(shè)計(jì)的，如果剛度不足而影響精度，就必須修改或重行設(shè)計(jì)制造。對于組合夾具，因系采用通用的標(biāo)準(zhǔn)化元件組合而成，因此必須注意從保證足夠剛度的角度出發(fā)選擇組合的方案。第13頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三5.3.4 減小工藝系統(tǒng)受力變形和提高工藝系統(tǒng)剛度的措施1、增加機(jī)床的床

7、身以及夾具體等支承零件本身的靜剛度。(增加截面積，大的慣性矩)2、提高接觸剛度。(提高表面粗糙度和形狀精度的要求 )3、設(shè)置輔助支承，提高部件剛度。4、采用合理的安裝方法和加工方法。 第14頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三5.4 工藝系統(tǒng)熱變形產(chǎn)生的誤差5.4.1 概述加工過程中，工藝系統(tǒng)受各種熱的影響產(chǎn)生溫度變形，破壞了刀具與工件的正確幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，引起加工誤差。在精密加工中，熱變形對加工精度具有更大影響。近年來，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，機(jī)床無人操作，工藝系統(tǒng)的熱變形對加工精度的影響不可能再由操作者進(jìn)行調(diào)整補(bǔ)償。有關(guān)熱變形問題的研究就顯得更為重要。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究的資料來看

8、，有些加工方法因熱變形引起的加工誤差，幾乎占了總誤差的4070%。譬如車削加工，因?yàn)榈毒呤軣嵘扉L產(chǎn)生的誤差占了加工誤差的1312。熱變形影響刀具和工件間的正確幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系。第15頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三工藝系統(tǒng)的熱源 工藝系統(tǒng)的熱源可分為兩大類，即內(nèi)部熱源和外部熱源。 內(nèi)部熱源外部熱源 熱 源 摩擦熱 電動(dòng)機(jī) 軸承 齒輪 絲桿 離合器 滑動(dòng)導(dǎo)軌面 液壓裝置 潤滑油 液壓驅(qū)動(dòng)油 切削熱 工件 刀具 切屑 切削液 環(huán)境溫度 氣溫變化 室溫劇變 局部室溫差 空氣流動(dòng) 熱風(fēng)冷風(fēng) 地?zé)?熱輻射 日光 照明 暖氣設(shè)備 人體第16頁，共33頁，2022年，5月20日，4

9、點(diǎn)40分，星期三5.4.2 機(jī)床熱變形對加工精度的影響1、車床主軸抬高。8小時(shí)可以抬高13m。（CW6140）室溫 初始 熱平衡階段 降溫 310小時(shí) 1030小時(shí) 第17頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三2、刨床6小時(shí)可以抬高0.20.3mm (B650)3、磨床上表面熱伸長使砂輪離開工件。6小時(shí)后0.05mm5.4.3 刀具熱變形對加工精度的影響 刀具熱變形的熱源主要是切削熱，雖然切削熱大部分遺留在切屑中，傳給刀具的部分占總熱量很小的百分比。但因刀體小，熱慣性小，刀具的工作表面通常被加熱到很高的溫度。例如高速鋼車刀的刀刃部分溫度可達(dá)700800C。 第18頁，共33頁

10、，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三一般刀具熱變形量可達(dá)0.030.05毫米。 刀具熱變形在一定程度上與刀具磨損互相補(bǔ)償。第19頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三5.4.4 工件的熱變形對加工精度的影響工件的熱變形有兩種情況：對稱受熱。 如車、鏜、磨等加工方法不對稱受熱。 例如平面的刨、銑、磨等工序在均勻、連續(xù)受熱的情況下(即有穩(wěn)定的溫度場)，工件的熱變形，可按下式計(jì)算： L = Lt 毫米式中 -工件材料的線膨脹系數(shù)(鋼1.1710-5C，鑄鐵110-5C)；t工件溫升；L熱變形方向的工件尺寸。第20頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三不對稱

11、受熱加工中 加工后第21頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三5.4.5 環(huán)境溫度對加工精度的影響除了工系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)熱引起熱變形外，周圍環(huán)境溫度變化也會(huì)引起熱變形。車間的溫度一晝夜變化可達(dá)10C左右，這不僅影響機(jī)床本身的幾何精度，而且直接影響工件的加工和測量精度。用精密機(jī)床進(jìn)行精密加工和精密成品的裝配，均應(yīng)在恒溫車間進(jìn)行 第22頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三5.4.6 熱變形的控制措施熱源-導(dǎo)路-受體1.減小發(fā)熱和隔熱。2.強(qiáng)制冷卻，控制溫升，使溫度均衡。3.加快升溫，保持熱平衡。4.控制環(huán)境溫度。5.5 加工誤差分析在生產(chǎn)實(shí)際中，影響加工精度的因素往

12、往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，有時(shí)很難用單因素的估算方法來分析其因果關(guān)系，而要用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法來找出解決問題的途徑。 第23頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三5.5.1 系統(tǒng)誤差與偶然誤差的概念各種單因素的加工誤差，按其性質(zhì)的不同可分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差。 數(shù)值-確定-常值系統(tǒng)誤差 例：定尺寸刀具 加工工件 系統(tǒng)誤差變化規(guī)律-已知-規(guī)律性變化的系統(tǒng)誤差 例： 正常磨損段的刀具磨損；工藝系統(tǒng)的熱變形誤差 數(shù)值-不確定 偶然誤差 變化規(guī)律-尚未我們所知對于某一具體的誤差來說，它究竟是屬于系統(tǒng)誤差還是偶然誤差，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情形來決定。第24頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三

13、5.5.2 加工誤差的綜合各種因素引起的單項(xiàng)加工誤差的總和還可用以下方法進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算：1、系統(tǒng)性誤差用代數(shù)法相加。各因素引起的單項(xiàng)誤差有正、負(fù)符號(使工件尺寸增大或減小)，可以相互抵消。例：加工方法本身的理論誤差，刀具磨損引起的誤差，刀具熱變形引起的誤差，以及機(jī)床本身幾何形狀的誤差等皆為系統(tǒng)性誤差。2、隨機(jī)性誤差用平方和根法合成。例：工藝系統(tǒng)彈性變形引起的誤差，安裝工件所引起的誤差，以及調(diào)整機(jī)床所引起的誤差皆為隨機(jī)性誤差。第25頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三3、系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差相加則用算術(shù)法 加工總誤差可用下式估算：對于平面加工，加工總誤差按下式計(jì)算 對于內(nèi)、外

14、圓表面和對稱的平面，加工總誤差按下式計(jì)算上兩式中 db工藝系統(tǒng)彈性變形所引起的誤差；zj工件的裝夾誤差(包括定位誤差和夾緊誤差)；t機(jī)床調(diào)整誤差；dm刀具尺寸磨損；r工藝系統(tǒng)熱變形引起的誤差；xz由機(jī)床誤差等因素引起的幾何形狀誤差的總和。dm，r，及xz均為系統(tǒng)誤差，其余為偶然誤差。各系統(tǒng)誤差按代數(shù)法相加，偶然誤差用平方和的平方根法相加。第26頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三5.5.3 分析加工精度的統(tǒng)計(jì)方法在生產(chǎn)實(shí)際中，常用統(tǒng)計(jì)方法來研究加工精度。主要有兩種方法，即分布曲線法和點(diǎn)圖法。1、分布曲線法在一般情形下，在機(jī)床上用調(diào)整法加工一批零件所得到的尺寸分布曲線是符合正

15、態(tài)分布曲線的。方程式： ，若取a=0，則有： ，若令 ，則有： 。正態(tài)分布曲線的總面積： ，各種不同z值的（z）之值，可由表中查出。第27頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三（1）技術(shù)特征 （純屬偶然因素）（充要特征）1）單峰中凸：絕對值越小的誤差出現(xiàn)的概率越大；絕對值越大的誤差出現(xiàn)的概率越小。2）對稱：絕對值相同的誤差，出現(xiàn)的概率相同。3）定寬：不會(huì)超過某一范圍。6第28頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三（2）主參數(shù)1）集結(jié)中心：算術(shù)平均值 。集結(jié)中心最好和公差帶分布中心重合。2）分散范圍：6，均方差第29頁，共33頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)40分，星期三（3）圖形識別偏移-調(diào)整誤差系統(tǒng)自身精度含有系統(tǒng)誤差第30頁，共33頁，2022年，5月20日，