第六章 第三节 工艺系统的受力变形

第一章第三节工艺系统的受力变形CONTENTS目录1234【基本概念】【刚度计算】【刚度测定】【受力变形的影响】5【减小变形的措施】01【基本概念】一、基本概念由机床、夹具、工件、刀具所组成的工艺系统是一个弹性系统,在加工过程中由于切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力的作用下,会产生弹性变形,从而破坏了刀具与工件之间的准确位置,产生加工误差。例如车削细长轴时(图5-9),在切削力的作用下,工件因弹性变形而出现“让刀”现象。随着刀具的进给,在工件的全长上切削深度将会由多变少,然后再由少变多,结果使零件产生腰鼓形。弹性系统抵抗外力使其变形的能力称刚度。切削加工过程中，工艺系统各部分在各种外力作用下，将在各个受力方向产生相应的变形。基本概念02【刚度计算】刚度计算

二、刚度计算（1）工件的刚度工件的刚度可按材料材料力学中有关悬臂梁和两支点梁的公式求得（图5-10）：刚度计算（2）刀具的刚度对于车刀,因变形甚微可忽略不计,对于镗孔和磨内孔可按悬臂梁计算。（3）夹具的刚度机床夹具按机床部件处理,不再单独计算。（4）机床刚度机床刚度是机床各部件抵抗外力欲使其变形的能力,机床刚度不足会使工艺系统变形增大,产生较大的加工误差。设工件、刀具、夹具、床身的刚度足够大,其变形量忽略不计,则机床的刚度可方便地计算出来,如图5-11所示。实际上,由于机床部件受力变形很复杂，因此,常常采用实测法来求机床的刚度。（5）工艺系统刚度工艺系统的变形等于各个组成部分变形之和。03【刚度测定】刚度测定

三、刚度测定机床刚度的测定方法通常有静刚度单向测定法、三向静载测定法、生产测定法,现以三向静载测定法为例,介绍机床刚度的测定方法。如图5-12所示为三向静载测定装置,测量时机床处于静止状态,在半圆弓形体1上每隔15°有一螺孔,依照实际加工时切削分力Fx和Fy的比例,把加力螺杆⒉旋入相应的螺孔。加力螺杆2与可转刀头14之间放置测力环3。再按照所模拟的Fx和Fy的比例,将测力装置旋转到相应的位置。然后连续施加载荷并由床头、尾座及刀架上的三个百分表分别测出相应的变形量,绘制出各有关部件的刚度曲线,求出在一定载荷范围内的平均刚度。04【受力变形的影响】

四、工艺系统受力变形对加工精度的影响（1）切削过程中受力点位置变化引起的加工误差切削过程中,工艺系统的刚度随切削力着力点位置的变化而变化,引起系统变形的差异,使零件产生加工误差。①在两顶尖间车削粗而短的光轴时,由于工件刚度较大,在切削力作用下的变形相对机床、夹具和刀具的变形要小得多,故可忽略不计。此时,工艺系统的总变形完全取决于机床头、尾架(包括顶尖)和刀架(包括刀具)的变形,工件产生的误差为双曲线圆柱度误差。②在两顶尖间车削细长轴时,由于工件细长,刚度小,在切削力作用下,其变形大大超过机床夹具和刀具的受力变形。因此,机床、夹具和刀具承受力变形可略去不计,工艺系统的变形完全取决于工件的变形,工件产生腰鼓形圆柱度误差。（2）切削力大小变化引起的加工误差——误差复映工件的毛坯外形虽然具有粗略的零件形状,但它在尺寸、形状以及表面层材料硬度不均匀上都有较大的误差。毛坯的这些误差在加工时使切削深度不断发生变化,从而导致切削力的变化,进而引起工艺系统产生相应的变形,使得零件在加工后还保留与毛坯表面类似的形状或尺寸误差。当然工件表面残留的误差比毛坯表面误差要小得多,这种现象称为“误差复映规律”,所引起的加工误差称为“复映误差”。受力变形的影响05【减小变形的措施】减小变形的措施

五、减小工艺系统受力变形的措施（1）提高工件加工时的刚度有些工件因其自身刚度很差,加工中将产生变形而引起加工误差,因此必须设法提高工件自身刚度。①减小工件支承长度l为此常采用跟刀架或中心架及其他支承架。例如在工件中部安装一中心架,则工件刚度可提高8倍。②减小工件所受法向切削力F、通常可采取增大前角yo,主偏角K，选为90°以及适当减小进给量f和切削深度ap等措施减小Fy。③采用反向走刀法使工件从原来的轴向受压变为轴向受拉。（2）提高机床部件的刚度机床部件的刚度在工艺系统中占有很大的比重，在机械加工时常采用一些辅助装置来提高其刚度。减小变形的措施（3）对薄壁件,夹紧时应选择适当的夹紧方法和夹紧部位,否则会产生很大的形状误差。如图5-13所示的薄板工件。由于工件本身有形状误差,用电磁吸盘吸紧时,工件产生弹性变形