工艺系统动态误差的影响分析.pptVIP

机械加工时，在切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力的作用下，工艺系统将产生相应的变形和振动。这种变形和振动破坏了工件和刀具之间的准确位置与速度关系，也破坏了切削过程的稳定性。从而造成了被加工零件的各种误差及表面粗糙度。例如，在加工细长轴时，在切削力作用下，工件因弹性变形产生“让刀”现象，中部变形最大，切深最小，而两端变形最小，切深减小不大，而车出轴的外圆柱面呈腰鼓形误差。如图7-14所示。为反映工艺系统受力变形对加工精度的影响，下面引入一个重要概念—工艺系统刚度。 减少工艺系统热变形的措施 1）在结构上采取措施 （1）注意结构的对称性，在变速箱的结构中，注意传动元件安放的对称性，这样可以均衡箱壁的温升而减少变形。机床大件的结构和布局，应尽量采用热对称结构，例如，双立柱式结构的机床主轴相对于工作台的热变形就比单立柱式结构的小得多。 （2）合理安排支承的位置 使产生热变形对加工精度由直接影响的零件的有效部分缩短，以减小热变形对加工精度的影响。如图7-32所示，控制砂轮架位置的丝杠的有效长度把L缩短为L1，故热变形小，产生的加工误差也小。 （3）均衡机床零部件的温度 当机床零部件的温升均匀时机床处于一种热稳定状态，其热变形较小。因而应注意改进机床零件的结构，使其温升均匀。如图7-33所示的M7150A型卧轴磨床，床身较长，加工时工作台纵向运动速度较快，由于摩擦的原因，产生“上热下冷”的现象而造成导轨中凸，为了减小这种热变形误差，采用了下图所示的“回油循环热补偿”的方法，利用油箱热油回流床身下部，使床身下部的温升提高，减小床身上、下温差。使其变形减小。 （4）减小发热和隔热 为了减少机床的发热，在机床设计时，凡是有可能 从主机中分离出去的热源最好与主机分离。如电动 机、液压装置、油箱等部件均应分离出去。对于不能分离出去的，如主轴承、丝杠副、摩擦离合器等部件，应改善其摩擦特性以减少发热。 对电动机、液压装置、油箱等部件不能从主机中分离出去时，可以采用隔热材料将其与主机隔开。例如T4163B型单柱坐标镗床立柱的热变形问题，就是采用加隔热罩的方法来解决的。 （5）强制冷却以控制温升 为了消除机床内部热源的影响，还可以采用强制冷却的方法，如强制空气冷却、水冷、循环润滑油冷却等。均可以控制温升，以减小变形。 2）从工艺上采取措施 （1）精加工前，应当让机床空运转一段时间，等到达到热平衡后再加工。 （2）在安排机床的区域内，应尽量保持稳定的环境温度，精密机床不允许阳光直接照射。 （3）在加工大型精密零件时，不允许中途停车，应连续加工完毕。 （4）对于精密机床如坐标镗床、螺纹磨床等应采取恒温措施。 1、内应力的概念及特点 1）内应力的概念 引起工件内部应力的原因去除以后，工件内部仍存在有应力，这种内部应力称为残余应力。 2）特点 ①始终要求处于平衡状态，外部因素发生变化，内应力就会重新分布； ②随着时间的推移，会逐渐减小，直到自行消失； ③残余应力的重新分布或自行消失都会引起工件的变形。 2、产生内应力的原因及对加工精度的影响 1）毛坯制造过程中产生的内应力 在毛坯的铸造过程中，由于工件毛坯的结构复杂或各部分的壁厚不均，在浇铸后的冷却过程中，会造成坯件各部分的冷缩速度不相同及金相组织在不同温度下的变化，产生内部的相互牵制，从而使得工件内部产生相当大的内应力。 例如图7-34所示的机床床身的铸造，由于上面的床腿及下面的导轨面冷却较快，而中间部分冷却较慢，继续冷却收缩时，受到外层的限制，则在内层产生拉应力；在外层产生压应力， 处在暂时的平衡状态。加工时，切掉一部分残余应力层，将引起残余应力重新分布，造成床身的变形。 2）切削过程中产生的内应力 在切削过程中，由于力与热的作用，使工件表层产生塑性变形并相应产生残余应力，造成加工后工件的变形。 3）冷校直产生的残余应力 丝杠类细长轴加工后，因在毛坯轧制时产生的残余应力的重新分布，而产生弯曲变形，为纠正这种弯曲变形，常采用冷校直的方法。但校直后内部仍存在有残余应力，再次加工或残余应力重新分布冷校直后的丝杠仍会产生新的变形。 因此，高精度的丝杠加工，不允许采用冷校直而是采用人工时效的方法来消除残余应力。如图7-35所示： 2减小或消除残余应力的措施 1）合理设计零件结构，尽量减少尺寸差异，以减少在毛坯制造阶段的残余应力； 2）采取时效处理 自然时效、人工时效是消除残余应力的有效措施。自然时效一般时间较长；人工时效包括热时效和人工振动时效。其中人工振动时效方法简单，节约能源，没有氧化皮，残余应力消除彻底，是近年来普遍采用的方法。 3）合理安排工艺过程 5.3.4 机械加工中的振动 切削加工中，工艺系统常会产生振动，振动对切削加工是有害的。会降低机床、刀具寿命，降低生产率及工件表面质量。为此，应积极采取