工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響

工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響第1頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、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(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四受力狀況抽象以后：1)車床頭架ytjyxywz010’1AC020’2ExPyP1P2L第3頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2)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(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四則機(jī)床變形為：將車床頭架，車床尾架，刀架變形代入上式：（2）工件的變形(3)工藝系統(tǒng)總變形第5頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(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(guò)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(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四車削一個(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(guò)程中，切深發(fā)生變化，當(dāng)車刀切至毛坯橢圓長(zhǎng)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(zhǎng)、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(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＝apl—ap2，工件上的最大誤差為△工＝y(tǒng)l—y2第7頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四設(shè)有誤差復(fù)映系數(shù)：△工=ε△坯，ε的數(shù)量級(jí)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(shuō)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(guò)程分成多次走刀進(jìn)行時(shí)，每次走刀的復(fù)映系數(shù)為ε1、ε2、ε3……，則總的復(fù)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8頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四結(jié)論：（1）誤差復(fù)映的本質(zhì)問(wèn)題是系統(tǒng)的剛度問(wèn)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)ε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(duì)毛坯誤差或前工序的尺寸公差進(jìn)行控制。第9頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、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(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（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γ是比重；H是垂放尺寸。2）水平部件：0.577L是美國(guó)科學(xué)家艾雷計(jì)算出來(lái)的。H0.577L第11頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(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(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4、夾具剛度對(duì)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?jiàn)A緊后不改變工件的原有定位。夾具的剛度對(duì)于工件加工精度的影響，比機(jī)床上某些離開(kāi)切削區(qū)較遠(yuǎn)的部件來(lái)說(shuō)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(duì)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(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5.3.4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(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5.4工藝系統(tǒng)熱變形產(chǎn)生的誤差5.4.1概述加工過(guò)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(duì)加工精度具有更大影響。近年來(lái)，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，機(jī)床無(wú)人操作，工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)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(wèn)題的研究就顯得更為重要。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究的資料來(lái)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?yàn)榈毒呤軣嵘扉L(zhǎng)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(yùn)動(dòng)關(guān)系。第15頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四工藝系統(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(rùn)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)?/p>

熱輻射日光照明暖氣設(shè)備人體第16頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5.4.2機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響1、車床主軸抬高。8小時(shí)可以抬高13μm。（CW6140）室溫初始熱平衡階段降溫3—10小時(shí)10—30小時(shí)第17頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、刨床6小時(shí)可以抬高0.2—0.3mm(B650)3、磨床上表面熱伸長(zhǎng)使砂輪離開(kāi)工件。6小時(shí)后0.05mm5.4.3刀具熱變形對(duì)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)700—800oC。第18頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一般刀具熱變形量可達(dá)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(bǔ)償。第19頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5.4.4工件的熱變形對(duì)加工精度的影響工件的熱變形有兩種情況：對(duì)稱受熱。如車、鏜、磨等加工方法不對(duì)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(chǎng))，工件的熱變形，可按下式計(jì)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20頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四不對(duì)稱受熱加工中加工后第21頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5.4.5環(huán)境溫度對(duì)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)10oC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(cè)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(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5.4.6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往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，有時(shí)很難用單因素的估算方法來(lái)分析其因果關(guān)系，而要用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法來(lái)找出解決問(wèn)題的途徑。第23頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5.5.1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(duì)于某一具體的誤差來(lái)說(shuō)，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(lái)決定。第24頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5.5.2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(hào)(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(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、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(duì)于平面加工，加工總誤差按下式計(jì)算對(duì)于內(nèi)、外圓表面和對(duì)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?！鱠m，△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(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5.5.3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(lái)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27頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）技術(shù)特征（純屬偶然因素）（充要特征）1）單峰中凸：絕對(duì)值越小的誤差出現(xiàn)的概率越大；絕對(duì)值越大的誤差出現(xiàn)的概率越小。2）對(duì)稱：絕對(duì)值相同的誤差，出現(xiàn)的概率相同。3）定寬：不會(huì)超過(guò)某一范圍。6σ第28頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（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29頁(yè)，共33頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）圖形識(shí)別