工藝系統(tǒng)的熱變形誤差

1、機(jī)制教研室,第十四章 機(jī)械加工精度,機(jī)械制造技術(shù),第十四章 機(jī)械加工精度,第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的熱變形誤差,,,,,機(jī)床熱變形引起的加工誤差,一,工件熱變形所引起的加工誤差,,,,,二,,一,本節(jié)教學(xué)內(nèi)容,第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的熱變形誤差,,,,,三,刀具熱變形所引起的加工誤差,,,,,四,減小熱變形的主要措施,本節(jié)教學(xué)要求：,掌握工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)的加工誤差的影響及減少和控制工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑。,本節(jié)教學(xué)要求,第四節(jié) 工藝系統(tǒng)

2、的熱變形誤差,,本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)：,減小工藝系統(tǒng)熱變形的措施。,本節(jié)教學(xué)重點(diǎn),第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的熱變形誤差,第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的熱變形誤差,機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下，產(chǎn)生復(fù)雜的變形，破壞了工件與刀具相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，引起加工誤差。 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。,第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的熱變形誤差,工藝系統(tǒng)

3、熱源,內(nèi)部熱源,外部熱源,切削熱,摩擦熱,環(huán)境熱,輻射熱,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,日光、照明、暖氣、體溫等,,,,,,,,機(jī)床熱變形引起的加工誤差,一、機(jī)床熱變形引起的加工誤差,由于機(jī)床結(jié)構(gòu)形式和工作條件不同，引起機(jī)床熱變形的熱源和變形形式也不相同。,機(jī)床熱變形引起的加工誤差,車床熱變形引起的加工誤差,車床主軸箱的溫升導(dǎo)致主軸線抬高，主軸前軸承的溫升高于后軸承又使主軸傾斜，主軸箱的

4、熱量經(jīng)油池傳到床身，導(dǎo)致床身中凸，更促使主軸線向上傾斜，最終導(dǎo)致主軸回轉(zhuǎn)軸線與導(dǎo)軌的平行度誤差，使加工后的零件產(chǎn)生圓柱度誤差。,機(jī)床熱變形引起的加工誤差,銑床熱變形引起的加工誤差,萬(wàn)能銑床的熱源也是主傳動(dòng)系統(tǒng)，由于左箱壁溫度高也導(dǎo)致主軸線升高并傾斜。,機(jī)床熱變形引起的加工誤差,平面磨床熱變形引起的加工誤差,機(jī)床熱變形引起的加工誤差,雙端面磨床熱變形引起的加工誤差,機(jī)床熱變形引起的加工誤差,,,導(dǎo)軌磨床熱變形,導(dǎo)軌磨床熱變形引起的加工誤差

5、,導(dǎo)軌磨床床身導(dǎo)軌面與床身底面溫差1℃時(shí)，其彎曲變形量可達(dá)0.22mm 。,刀具熱變形引起的加工誤差,,刀具熱變形的熱源是切削熱。傳給刀具的切削熱雖然很少，但刀具質(zhì)量小，熱容量小，所以仍會(huì)有很高的溫升，引起刀具的熱伸長(zhǎng)而產(chǎn)生加工誤差。,,二、刀具熱變形引起的加工誤差,A—連續(xù)切削變形曲線,C—斷續(xù)切削變形曲線,B—刀具冷卻變形曲線,車刀的熱變形曲線,刀具熱變形引起的加工誤差,車刀的熱變形曲線,A—連續(xù)切削變形曲線,車刀熱伸長(zhǎng)將使加工后的

6、工件產(chǎn)生圓柱度誤差或端面的平面度誤差。,連續(xù)車削時(shí)，車刀的熱變形情況如曲線A，刀具受熱伸長(zhǎng)在切削初始階段變化很快，隨后比較緩慢，經(jīng)過約 10～20min，便可達(dá)到熱平衡狀態(tài)，車刀不再伸長(zhǎng)。,刀具熱變形引起的加工誤差,車刀的熱變形曲線,B—刀具冷卻變形曲線,當(dāng)車刀停止車削后，刀具冷卻變形過程如曲線B。,刀具熱變形引起的加工誤差,車刀的熱變形曲線,C—斷續(xù)切削變形曲線,當(dāng)車削一批短小軸類工件時(shí)，加工時(shí)斷時(shí)續(xù)（如裝卸工件）間斷切削，變形過程如

7、曲線C。,在開始切削階段，刀具熱變形較顯著，對(duì)加工精度影響較大，當(dāng)達(dá)到熱平衡后，其熱變形趨于穩(wěn)定，對(duì)加工精度的影響就不明顯。,刀具熱變形引起的加工誤差,車刀的熱變形曲線,C—斷續(xù)切削變形曲線,對(duì)每一個(gè)工件來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生的形狀誤差是較小的；對(duì)一批工件來(lái)說(shuō)，在刀具未達(dá)到熱平衡時(shí)，加工出的一批工件尺寸有一定的誤差。,工件熱變形引起的加工誤差,工件熱變形的熱源主要是切削熱，對(duì)有些大型件、精密件，環(huán)境溫度也有很大的影響。傳入工件的熱量越多、工件的質(zhì)量

8、越小則熱變形越大。 1.工件均勻受熱 車鏜軸套類零件圓柱面，長(zhǎng)度及徑向受熱變形。若在受熱時(shí)測(cè)量達(dá)到規(guī)定尺寸，冷卻后尺寸變小， 可能出現(xiàn)尺寸超差。,,三、工件熱變形引起的加工誤差,工件熱變形引起的加工誤差,1.工件均勻受熱,,對(duì)于一些形狀簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)對(duì)稱的零件，如軸、套筒等，加工時(shí)切削熱能較均勻地傳入工件，工件熱變形量可按下式估算,式中,α ——工件材料的熱膨脹系數(shù)（1/℃）；,L——工件在熱變形方向的尺寸（mm）；,△t

9、——工件溫升（℃）。,在較長(zhǎng)軸類零件外圓的車削或磨削加工中，開始切削時(shí)，工件溫升為零，隨著切削的進(jìn)行，工件溫度逐漸升高而使直徑逐漸增大，增大的量被刀具切除，當(dāng)工件冷卻后形成錐度誤差。,工件熱變形引起的加工誤差,當(dāng)對(duì)工件進(jìn)行刨、銑、磨等平面加工時(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，中間切去的材料較多，冷卻后加工表面下凹，使工件產(chǎn)生平面度誤差。這種現(xiàn)象對(duì)于加工薄片類零件尤為突出。其變形量δ可用下式計(jì)算：,,2.工件不均勻受

10、熱,,式中,α ——工件材料的熱膨脹系數(shù)（1/℃）；,L——工件長(zhǎng)度（mm）；,△t ——工件上下表面的溫差（℃）。,H——工件厚度（mm）。,工件熱變形引起的加工誤差,工件熱變形,減小熱變形的主要措施,四、減小熱變形的主要措施,,1.減少發(fā)熱和隔熱 （1）減少切削熱 通過合理選擇切削用量和正確選擇刀具幾何參數(shù)減少切削熱。 當(dāng)零件精度要求較高時(shí)，還應(yīng)注意將粗精加工分開進(jìn)行。 （2）減少機(jī)床各運(yùn)動(dòng)副的摩擦熱

11、 對(duì)主軸變速系統(tǒng)、軸承、摩擦離合器、導(dǎo)軌副、絲杠副、快速進(jìn)給系統(tǒng)等的零部件，應(yīng)從結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑等方面減少發(fā)熱。,減小熱變形的主要措施,,（3）分離熱源 凡能從主機(jī)中分離出去的熱源，如電動(dòng)機(jī)、變速箱、液壓系統(tǒng)等應(yīng)盡可能移出以減少它們對(duì)主機(jī)的影響。（4）隔開熱源 用隔熱材料將發(fā)熱部件和機(jī)床大件隔離開。,1．減少發(fā)熱和隔熱,減小熱變形的主要措施,（1）使用大流量冷卻液或噴霧冷卻等方法,2．冷卻與散熱,利用這些方法可

12、帶走大量切削熱或磨削熱。在精密加工時(shí)，為增加冷卻效果，控制切削液的溫度是很必要的。如大型精密螺紋磨床采用恒溫切削液淋澆工件，機(jī)床的空心絲杠也通入恒溫油，以降低工件與傳動(dòng)絲杠的溫度，提高加工精度的穩(wěn)定性，,減小熱變形的主要措施,螺紋磨床工件淋浴恒溫控制系統(tǒng),2．冷卻與散熱,減小熱變形的主要措施,（2）采用強(qiáng)制冷卻來(lái)控制熱變形,2．冷卻與散熱,目前大型數(shù)控機(jī)床、加工中心機(jī)床普遍采用冷凍機(jī)對(duì)潤(rùn)滑油、切削液進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，機(jī)床主軸和齒輪箱中產(chǎn)生的

13、熱量可由恒溫的切削液迅速帶走。,減小熱變形的主要措施,機(jī)床剛開始運(yùn)轉(zhuǎn)的一段時(shí)間內(nèi)（預(yù)熱期），溫升較快，熱變形大，當(dāng)達(dá)到熱平衡后機(jī)床各部位的熱變形趨于穩(wěn)定。因此對(duì)于精密機(jī)床，特別是大型機(jī)床，縮短預(yù)熱期，加速達(dá)到熱平衡狀態(tài)，加工精度才易保證。,3．保持工藝系統(tǒng)的熱平衡,減小熱變形的主要措施,精密機(jī)床一般安裝在恒溫車間，其恒溫精度一般控制在土10C內(nèi)，精密級(jí)為土0.50C，超精密級(jí)為土0.010C。恒溫室平均溫度一般為春秋季200C，夏季取2

14、30C，冬季可取170C。,4．控制環(huán)境溫度,思考題與習(xí)題,思考題與習(xí)題,第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的熱變形誤差,,1.引起工藝系統(tǒng)受熱變形的熱源有哪些？各有什么產(chǎn)生？2.落地臥式車床和轉(zhuǎn)塔車床熱變形引起的主軸在水平面內(nèi)的位移和垂直面的位移對(duì)加工精度的影響是否相同？為什么？3.磨床的主要熱源有哪些？有它們引起的熱變形主要表現(xiàn)在哪些方面？它們對(duì)加工精度有何影響？4.用兩個(gè)固定頂尖對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸加工時(shí)由于切削熱的影響，工件易產(chǎn)生什么變形？怎么減小此