工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響

工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響第一頁，共三十三頁，2022年，8月28日1、受力點位置的變化(所引起工件的誤差)(1)機床變形第二頁，共三十三頁，2022年，8月28日受力狀況抽象以后：1)車床頭架ytjyxywz010’1AC020’2ExPyP1P2L第三頁，共三十三頁，2022年，8月28日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處的變形第四頁，共三十三頁，2022年，8月28日則機床變形為：將車床頭架，車床尾架，刀架變形代入上式：（2）工件的變形(3)工藝系統(tǒng)總變形第五頁，共三十三頁，2022年，8月28日(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。第六頁，共三十三頁，2022年，8月28日車削一個有圓度誤差的毛坯，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，當車刀切至毛坯橢圓長軸時為最大切深ap1，切至橢圓短軸時為最小切深ap2，其余在橢圓長、短軸之間切削，切深介于ap1與ap2之間。因此，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)中機床的相應變形為y1和y2，這樣就使毛坯的圓度誤差復映到加工后的工件表面。這種現(xiàn)象稱為“誤差復映”。毛坯上的最大誤差為△坯＝apl—ap2，工件上的最大誤差為△工＝y(tǒng)l—y2第七頁，共三十三頁，2022年，8月28日設有誤差復映系數(shù)：△工=ε△坯，ε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“誤差復映”的規(guī)律。當一次走刀不能滿足精度要求時，必須進行第二次走刀。當加工過程分成多次走刀進行時，每次走刀的復映系數(shù)為ε1、ε2、ε3……，則總的復映系數(shù)：

ε=ε1×ε2×ε3×--------λ-系數(shù)，一般為0.4Cp-反映工件材料和刀具角度的系數(shù)kxt-系統(tǒng)剛度第八頁，共三十三頁，2022年，8月28日結(jié)論：（1）誤差復映的本質(zhì)問題是系統(tǒng)的剛度問題。余量不均-切削力變化-復映成加工誤差。（2）復映系數(shù)ε遠小于1，所以在一般車削時，只有在粗加工時用誤差復映規(guī)律估算加工誤差才有實際的意義。（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行控制。第九頁，共三十三頁，2022年，8月28日3、傳動力、慣性力、重力和其它作用力的變化（1）由于慣性力和傳動力引起的加工誤差例如單爪傳動的撥盤裝置（雞心夾），在高速旋轉(zhuǎn)時，不平衡的質(zhì)量會產(chǎn)生周期性的離心力，引起主軸及工件振動。1)工件產(chǎn)生的變形2)工件在半徑方向產(chǎn)生的加工誤差第十頁，共三十三頁，2022年，8月28日（2）機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γ是比重；H是垂放尺寸。2）水平部件：0.577L是美國科學家艾雷計算出來的。H0.577L第十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日(3)夾緊變形引起的誤差當工件的剛性較差時，由于加緊的方法不當，也會引起工件的形狀誤差。例三爪卡盤夾持薄壁套：在夾持點a處和b處的變形分別為：P---夾緊力；R---套筒的平均半徑。第十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日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)件具有足夠的強度和剛度，使其在承受夾緊力和切削力作用時不易變形、不產(chǎn)生振動，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，比機床上某些離開切削區(qū)較遠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計的，如果剛度不足而影響精度，就必須修改或重行設計制造。對于組合夾具，因系采用通用的標準化元件組合而成，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。第十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日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、增加機床的床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。第十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日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)系和運動關(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)控機床的發(fā)展，機床無人操作，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行調(diào)整補償。有關(guān)熱變形問題的研究就顯得更為重要。根據(jù)實驗研究的資料來看，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40—70%。譬如車削加工，因為刀具受熱伸長產(chǎn)生的誤差占了加工誤差的1／3～1／2。熱變形影響刀具和工件間的正確幾何關(guān)系和運動關(guān)系。第十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日工藝系統(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

摩擦熱電動機軸承齒輪絲桿離合器滑動導軌面液壓裝置潤滑油液壓驅(qū)動油

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熱風冷風地熱

熱輻射日光照明暖氣設備人體第十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日5.4.2機床熱變形對加工精度的影響1、車床主軸抬高。8小時可以抬高13μm。（CW6140）室溫初始熱平衡階段降溫3—10小時10—30小時第十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日2、刨床6小時可以抬高0.2—0.3mm(B650)3、磨床上表面熱伸長使砂輪離開工件。6小時后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700—800oC。第十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日一般刀具熱變形量可達0.03～0.05毫米。

刀具熱變形在一定程度上與刀具磨損互相補償。第十九頁，共三十三頁，2022年，8月28日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，可按下式計算：△L=αL△t毫米式中α--工件材料的線膨脹系數(shù)(鋼α—1.17×10-5／oC，鑄鐵α—1×10-5／oC)；△t—工件溫升；L—熱變形方向的工件尺寸。第二十頁，共三十三頁，2022年，8月28日不對稱受熱加工中加工后第二十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日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)境溫度變化也會引起熱變形。車間的溫度一晝夜變化可達10oC左右，這不僅影響機床本身的幾何精度，而且直接影響工件的加工和測量精度。用精密機床進行精密加工和精密成品的裝配，均應在恒溫車間進行第二十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日5.4.6熱變形的控制措施熱源-------導路------受體1.減小發(fā)熱和隔熱。2.強制冷卻，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)實際中，影響加工精度的因素往往是錯綜復雜的，有時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)計方法來找出解決問題的途徑。第二十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日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，應根據(jù)實際情形來決定。第二十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日5.5.2加工誤差的綜合各種因素引起的單項加工誤差的總和還可用以下方法進行數(shù)學計算：1、系統(tǒng)性誤差用代數(shù)法相加。各因素引起的單項誤差有正、負符號(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，以及機床本身幾何形狀的誤差等皆為系統(tǒng)性誤差。2、隨機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)整機床所引起的誤差皆為隨機性誤差。第二十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日3、系統(tǒng)性誤差和隨機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算對于內(nèi)、外圓表面和對稱的平面，加工總誤差按下式計算上兩式中△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。第二十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日5.5.3分析加工精度的統(tǒng)計方法在生產(chǎn)實際中，常用統(tǒng)計方法來研究加工精度。主要有兩種方法，即分布曲線法和點圖法。1、分布曲線法在一般情形下，在機床上用調(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φ（z）之值，可由表中查出。第二十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日（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：不會超過某一范圍。6σ第二十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日（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：6σ，均方差第二十九頁，共三十三頁，2022年，8月28日（3）