工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響

5.3.3工藝系統(tǒng)剛度對加工精度影響假如將工藝系統(tǒng)視為線性系統(tǒng)，工藝系統(tǒng)在受力情況下總變形yxt是各個組成部分變形疊加。yxt=yjc（機床變形量）+ydj（刀架變形量）+yjj（夾具變形量）+yg（工件變形量）工藝系統(tǒng)剛度：m第1頁1、受力點位置改變(所引發(fā)工件誤差)(1)機床變形第2頁受力情況抽象以后：1)車床頭架ytjyxywz010’1AC020’2ExPyP1P2L第3頁2)車床尾架3)刀架變形車床頭架，車床尾架，刀架在x處總變形為：由相同三角形得：從中解出：得到頭架和尾座在x處變形第4頁則機床變形為：將車床頭架，車床尾架，刀架變形代入上式：（2）工件變形(3)工藝系統(tǒng)總變形第5頁(4)工件在頂尖上加工后單邊變形(5)工件誤差=2yxt2.工件毛坯加工余量和材料硬度改變(誤差復映規(guī)律)在加工過程中，因為工件毛坯加工余量或材料硬度改變，引發(fā)切削力和工藝系統(tǒng)受力變形改變，因而產(chǎn)生工件誤差。第6頁車削一個有圓度誤差毛坯，將刀尖調(diào)整到要求尺寸(圖中虛線圓)，在工件每一轉(zhuǎn)過程中，切深發(fā)生改變，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。所以，切削力Py，也隨切深ap改變而改變，由Pymax變到Pymin，引發(fā)工藝系統(tǒng)中機床對應變形為y1和y2，這么就使毛坯圓度誤差復映到加工后工件表面。這種現(xiàn)象稱為“誤差復映”。毛坯上最大誤差為△坯＝apl—ap2，工件上最大誤差為△工＝y(tǒng)l—y2第7頁設有誤差復映系數(shù)：△工=ε△坯，ε數(shù)量級此式表示了加工后工件誤差與毛坯誤差之間百分比關系，說明了“誤差復映”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。當加工過程分成屢次走刀進行時，每次走刀復映系數(shù)為ε1、ε2、ε3……，則總復映系數(shù)：ε=ε1×ε2×ε3×--------λ-系數(shù)，普通為0.4Cp-反應工件材料和刀具角度系數(shù)kxt-系統(tǒng)剛度第8頁結(jié)論：（1）誤差復映本責問題是系統(tǒng)剛度問題。余量不均-切削力改變-復映成加工誤差。（2）復映系數(shù)ε遠小于1，所以在普通車削時，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意義。（3）原始誤差必須屢次加工才能消除。但普通2---3次就行。（4）在批量生產(chǎn)中，對毛坯誤差或前工序尺寸公差進行控制。第9頁3、傳動力、慣性力、重力和其它作用力改變（1）因為慣性力和傳動力引發(fā)加工誤差比如單爪傳動撥盤裝置（雞心夾），在高速旋轉(zhuǎn)時，不平衡質(zhì)量會產(chǎn)生周期性離心力，引發(fā)主軸及工件振動。1)工件產(chǎn)生變形2)工件在半徑方向產(chǎn)生加工誤差第10頁（2）機床部件和工件本身重量引發(fā)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。H0.577L第11頁(3)夾緊變形引發(fā)誤差當工件剛性較差時，因為加緊方法不妥，也會引發(fā)工件形狀誤差。例三爪卡盤夾持薄壁套：在夾持點a處和b處變形分別為：P---夾緊力；R---套筒平均半徑。第12頁4、夾具剛度對加工精度影響因為工件直接安裝在夾具中，要求夾詳細等構(gòu)件含有足夠強度和剛度，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原有定位。夾具剛度對于工件加工精度影響，比機床上一些離開切削區(qū)較遠部件來說更為直接。普通專用夾具都是依據(jù)某種零件某一工序設計，假如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，因系采取通用標準化元件組合而成，所以必須注意從確保足夠剛度角度出發(fā)選擇組合方案。第13頁5.3.4減小工藝系統(tǒng)受力變形和提升工藝系統(tǒng)剛度辦法1、增加機床床身以及夾詳細等支承零件本身靜剛度。(增加截面積，大慣性矩)2、提升接觸剛度。(提升表面粗糙度和形狀精度要求)3、設置輔助支承，提升部件剛度。4、采取合理安裝方法和加工方法。第14頁5.4工藝系統(tǒng)熱變形產(chǎn)生誤差5.4.1概述加工過程中，工藝系統(tǒng)受各種熱影響產(chǎn)生溫度變形，破壞了刀具與工件正確幾何關系和運動關系，引發(fā)加工誤差。在精密加工中，熱變形對加工精度含有更大影響。近年來，數(shù)控機床發(fā)展，機床無人操作，工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度影響不可能再由操作者進行調(diào)整賠償。相關熱變形問題研究就顯得更為主要。依據(jù)試驗研究資料來看，有些加工方法因熱變形引發(fā)加工誤差，幾乎占了總誤差40—70%。譬如車削加工，因為刀具受熱伸長產(chǎn)生誤差占了加工誤差1／3～1／2。熱變形影響刀具和工件間正確幾何關系和運動關系。第15頁工藝系統(tǒng)熱源工藝系統(tǒng)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)境溫度氣溫改變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16頁5.4.2機床熱變形對加工精度影響1、車床主軸抬高。8小時能夠抬高13μm。（CW6140）室溫初始熱平衡階段降溫3—10小時10—30小時第17頁2、刨床6小時能夠抬高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影響

刀具熱變形熱源主要是切削熱，即使切削熱大部分遺留在切屑中，傳給刀具部分占總熱量很小百分比。但因刀體小，熱慣性小，刀具工作表面通常被加熱到很高溫度。比如高速鋼車刀刀刃部分溫度可達700—800oC。第18頁普通刀具熱變形量可達0.03～0.05毫米。

刀具熱變形在一定程度上與刀具磨損相互賠償。第19頁5.4.4工件熱變形對加工精度影響工件熱變形有兩種情況：對稱受熱。如車、鏜、磨等加工方法不對稱受熱。比如平面刨、銑、磨等工序在均勻、連續(xù)受熱情況下(即有穩(wěn)定溫度場)，工件熱變形，可按下式計算：△L=αL△t毫米式中α--工件材料線膨脹系數(shù)(鋼α—1.17×10-5／oC，鑄鐵α—1×10-5／oC)；△t—工件溫升；L—熱變形方向工件尺寸。第20頁不對稱受熱加工中加工后第21頁5.4.5環(huán)境溫度對加工精度影響除了工系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)燒引發(fā)燒變形外，周圍環(huán)境溫度改變也會引發(fā)燒變形。車間溫度一晝夜改變可達10oC左右，這不但影響機床本身幾何精度，而且直接影響工件加工和測量精度。用精密機床進行精密加工和精密成品裝配，均應在恒溫車間進行第22頁5.4.6熱變形控制辦法熱源-------導路------受體1.減小發(fā)燒和隔熱。2.強制冷卻，控制溫升，使溫度均衡。3.加緊升溫，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，影響加工精度原因往往是錯綜復雜，有時極難用單原因估算方法來分析其因果關系，而要用數(shù)理統(tǒng)計方法來找出處理問題路徑。第23頁5.5.1系統(tǒng)誤差與偶然誤差概念各種單原因加工誤差，按其性質(zhì)不一樣可分為系統(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 改變規(guī)律----已知---規(guī)律性改變系統(tǒng)誤差例：

正常磨損段刀具磨損；工藝系統(tǒng)熱變形誤差 數(shù)值----不確定 偶然誤差 改變規(guī)律----還未我們所知對于某一詳細誤差來說，它終究是屬于系統(tǒng)誤差還是偶然誤差，應依據(jù)實際情形來決定。第24頁5.5.2加工誤差綜合各種原因引發(fā)單項加工誤差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。各原因引發(fā)單項誤差有正、負符號(使工件尺寸增大或減小)，能夠相互抵消。例：加工方法本身理論誤差，刀具磨損引發(fā)誤差，刀具熱變形引發(fā)誤差，以及機床本身幾何形狀誤差等皆為系統(tǒng)性誤差。2、隨機性誤差用平方和根法合成。例：工藝系統(tǒng)彈性變形引發(fā)誤差，安裝工件所引發(fā)誤差，以及調(diào)整機床所引發(fā)誤差皆為隨機性誤差。第25頁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)彈性變形所引發(fā)誤差；△zj——工件裝夾誤差(包含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)熱變形引發(fā)誤差；∑△xz——由機床誤差等原因引發(fā)幾何形狀誤差總和?！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，偶然誤差用平方和平方根法相加。第26頁5.5.3分析加工精度統(tǒng)計方法在生產(chǎn)實際中，慣用統(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、分布曲線法在普通情形下，在機床上用調(diào)整法加工一批零件所得到尺寸分布曲線是符合正態(tài)分布曲線。方程式：，若取a=0，則有：，若令，則有：。正態(tài)分布曲線總面積：，各種不一樣z值φ（z）之值，可由表中查出。第27頁（1）技術(shù)特征（純屬偶然原因）（充要特征）1）單峰中凸：絕對值越小誤差出現(xiàn)概率越大；絕對值越大誤差出現(xiàn)概率越小。2）對稱：絕對值相同誤差，出現(xiàn)概率相同。3）定寬：不會超出某一范圍。6σ第28頁（2）主參數(shù)1）集結(jié)中心：算術(shù)平均值。