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1、機(jī)械加工精度及表面質(zhì)量教師：孫敏開封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院§4工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差§5工件殘余應(yīng)力引起的加工誤差§6提高加工精度的工藝措施§7加工誤差的綜合分析第四節(jié)、工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差（一）概述工藝系統(tǒng)在各種熱源作用下，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的熱變形，從而破壞工件與刀具間正確的相對(duì)位置，造成加工誤差。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的40%~70%。工藝系統(tǒng)的熱變形不僅嚴(yán)重地影響加工精度，而且還影響加工效率的提高。實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工后，加工誤差不能再由人工進(jìn)行補(bǔ)償，全靠機(jī)床自動(dòng)控制，因此熱變形的影響就顯得特別重要。工藝系統(tǒng)熱變形
2、的問題已成為機(jī)械加工技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重大研究課題。1.工藝系統(tǒng)的熱源電機(jī)、軸承、齒輪、油泵等工件、刀具、切屑、切削液氣溫、室溫變化、熱、冷風(fēng)等熱源切削熱摩擦熱外部熱源內(nèi)部熱源環(huán)境溫度熱輻射日光、照明、暖氣、體溫等2.工藝系統(tǒng)的熱平衡工藝系統(tǒng)受各種熱源的影響，其溫度會(huì)逐漸升高。同時(shí)，它們也通過各種傳熱方式向周圍散發(fā)熱量。熱平衡當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)傳入和散發(fā)的熱量相等時(shí)，工藝系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。而工藝系統(tǒng)的熱變形也就達(dá)到某種程度的穩(wěn)定。不穩(wěn)態(tài)溫度場溫度場穩(wěn)態(tài)溫度場熱平衡物體中各點(diǎn)的溫度分布稱為溫度場,T=f(x,y,z,t)當(dāng)物體未達(dá)熱平衡時(shí)，各點(diǎn)溫
3、度不僅是坐標(biāo)位置的函數(shù)，也是時(shí)間的函數(shù)。這種溫度場稱為不穩(wěn)態(tài)溫度場物體達(dá)到熱平衡后，各點(diǎn)溫度將不再隨時(shí)間而變化，只是其坐標(biāo)位置的函數(shù)。這種溫度場稱為穩(wěn)態(tài)溫度場機(jī)床在開始工作的一段時(shí)間內(nèi)，其溫度場處于不穩(wěn)定狀態(tài)，其精度也是很不穩(wěn)定的，工作一定時(shí)間后，溫度才逐漸趨于穩(wěn)定，其精度也比較穩(wěn)定。因此，精密加工應(yīng)在熱平衡狀態(tài)下進(jìn)行。在生產(chǎn)中，必須注意:（二）機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響機(jī)床熱變形會(huì)使機(jī)床的靜態(tài)幾何精度發(fā)生變化而影響加工精度，其中主軸部件、床身、導(dǎo)軌、立柱、工作臺(tái)等部件的熱變形，對(duì)加工精度影響最大。各類機(jī)床其結(jié)構(gòu)、工作條件及熱源形式均不相
4、同，因此機(jī)床各部件的溫升和熱變形情況是不一樣的。1.車、銑、鉆、鏜類機(jī)床主軸箱中的齒輪、軸承摩擦發(fā)熱、潤滑油發(fā)熱。（圖）圖車床的熱變形結(jié)果：如圖所示為車床空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主軸的溫升和位移的測量結(jié)果。主軸在水平方向的位移僅10μm垂直方向的位移卻高達(dá)180～200μm。3.大型機(jī)床如導(dǎo)軌磨床、外圓磨床、龍門銑床等的長床身部件表面溫度比床身底面溫度高形成溫差床身產(chǎn)生彎曲變形。4.幾種機(jī)床的熱變形趨勢平面磨床車床銑床雙端面磨床2.龍門刨床、牛頭刨床、立式車床類機(jī)床導(dǎo)軌副的摩擦熱3.各種磨床砂輪主軸軸承的發(fā)熱和液壓系統(tǒng)的發(fā)熱（圖例）（圖例）牛頭刨床滑枕
5、熱變形及結(jié)構(gòu)改進(jìn)示意圖a)原滑枕截面圖b)原滑枕熱變形示意圖c)滑枕熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)外園磨床的熱變形示意圖1－床身2－導(dǎo)軌3－工件4－砂輪5－砂輪架6－螺母（三）工件熱變形對(duì)加工精度的影響1.工件均勻受熱對(duì)于一些形狀簡單、對(duì)稱的零件，如軸、套筒等，加工時(shí)（如車削、磨削）切削熱能較均勻地傳入工件，工件熱變形量可按下式估算：△L=αL△t式中α——工件材料的熱膨脹系數(shù)，單位為1/℃；L——工件在熱變形方向的尺寸，單位為mm；△t——工件溫升，單位為℃。實(shí)例在精密絲桿加工中，工件的熱伸長會(huì)產(chǎn)生螺距的累積誤差。在較長的軸類零件加工中，將出現(xiàn)錐度誤差。例
6、如：在磨削400mm長的絲杠螺紋時(shí)，每磨一次溫度升高1℃，則被磨絲杠將伸長△L=1.17×10-5×400×1mm=0.0047mm而5級(jí)絲杠的螺距累積誤差在400mm長度上不允許超過5μm左右。因此，熱變形對(duì)工件加工精度影響很大。2.工件不均勻受熱在刨削、銑削、磨削加工平面時(shí)，工件單面受熱，上下平面間產(chǎn)生溫差，導(dǎo)致工件向上凸起，凸起部分被工具切去，加工完畢冷卻后，加工表面就產(chǎn)生了中凹，造成了幾何形狀誤差。工件凸起量f可按圖例所示圖形進(jìn)行估算。由于中心角φ很小，其中性層的長度可近似認(rèn)為等于原長L，則f=L/2tan(φ/4）≈Lφ/8且（
7、R+H）φ-Rφ=αΔtLφ=αΔtL/H所以f≈αΔtL2/8H圖例薄板磨削時(shí)的彎曲變形（四）刀具熱變形對(duì)加工精度的影響刀具熱變形主要是由切削熱引起的。切削加工時(shí)雖然大部分切削熱被切屑帶走，傳入刀具的熱量并不多，但由于刀具體積小，熱容量小，導(dǎo)致刀具切削部分的溫升急劇升高，刀具熱變形對(duì)加工精度的影響比較顯著。圖示為車削時(shí)車刀的熱變形與切削時(shí)間的關(guān)系曲線。曲線A——車刀連續(xù)工作時(shí)的熱伸長曲線；曲線B——切削停止后，車刀溫度下降曲線；曲線C——傳動(dòng)作間斷切削的熱變形切削。車外圓時(shí)，車刀熱變形會(huì)使工件產(chǎn)生圓柱度誤差（喇叭口）。加工內(nèi)孔又如何？圖
8、車刀熱變形曲線τ1—刀具加熱至熱平衡時(shí)間τ2—刀具加熱至熱平衡時(shí)間τ0—刀具間斷切削至熱平衡時(shí)間（五）減少工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑1．減少發(fā)熱和隔離熱源分離熱源、采用隔熱措施，改善摩擦條件，減
