第六章 第四节 工艺系统的热变形

第六章第四节工艺系统的热变形CONTENTS目录1234【概述】【工件热变形】【刀具热变形】【机床热变形】5【减少变形的措施】01【概述】一、概述机械加工中,工艺系统在各种热源的作用下产生一定的热变形。由于工艺系统热源分布的不均匀性及各环节结构材料的不同，使工艺系统各部分的变形产生差异,从而破坏了具与工件的准确位置及运动关系,产生加工误差,尤其对于精密加工，热变形引起的加工误差占总误差的一半以上。因此,在近代精密自动化加工中,控制热变形对加工精度的影响已成为重要的任务和研究课题。在加工过程中,工艺系统的热源主要有两大类:内部热源和外部热源。内部热源来自切削过程,主要包括切削热、摩擦热、派生热源。外部热源主要来自于外部环境,主要包括环境温度和热辐射。这些热源产生的热造成工件、刀具和机床的热变形。概述02【工件热变形】工件热变形

二、工件热变形轴类零件在车削或磨削加工时，一般是均匀受热,温度逐渐升高,其直径逐渐增大,增大部分将被刀具切去，故当工作冷却后,则形成圆柱度和尺寸误差。细长轴在顶尖间车削时,热变形将引起工件内部的热应力,造成工件热伸长导致其弯曲精密丝杠磨削时,工件的热伸长会引起螺距累积误差。床身导轨面的磨削,由于零件的加工面与底面的温差所引起的热变形。工件的热变形粗加工时,一般不引起人们的注意,但在流水线、自动线以及工序高度集中的加工中,应给予足够的重视,否则将给紧接着的精加工工序带来很大的危害。03【刀具热变形】刀具热变形

三、刀具热变形切削过程中,一部分切削热传给刀具,尽管这部分热量很少(高速车削时只占1%~2%),但由于刀体较小,热容量较小,因此,刀具的温度仍然很高,高速钢车刀的工作表面温度可达700~800℃。刀具受热伸长量一般情况下可达到0.03~0.05mm。从而产生加工误差,影响加工精度。（1）刀具连续工作时热变形引起的加工误差当刀具连续工作时,如车削长轴或立式车床上车大端面,传给刀具的切削热随时间不断增加,刀具产生变形而逐渐伸长,工件产生圆度误差或平面度误差。（2）刀具间歇工作当采用调整法加工一批短轴零件时,由于每个工件切削时间较短,刀具的受热与冷却间歇进行,故刀具的热伸长比较缓慢。总的来说,刀具能够迅速达到热平衡,刀具的磨损又能与刀具的受热伸长进行部分地补偿,故刀具热变形对加工质量影响并不显著。04【机床热变形】机床热变形

四、机床热变形由于机床的结构和工作条件差别很大,因此引起热变形的主要热源也大不相同,大致分为以下三种:(1)主要热源来自机床的主传动系统如普通机床、六角车床、铣床,卧式镗床、坐标镗床等。(2)主要热源来自机床导轨的摩擦如龙门刨床、立式车床等。(3）主要热源来自液压系统如各种液压机床。如图5-14所示的虚线表示车床的热变形。可以看出,车床主轴前轴承的温升最高。对加工精度影响最大的因素是主轴轴线的抬高和倾斜。实践表明主轴抬高是主轴轴承温度升高而引起主轴箱变形的结果,它约占总抬高量的70%。由床身热变形所引起的抬高量一般小于30%。影响主轴倾斜的主要原因是床身的受热弯曲,它约占总倾斜量的75%。主轴前后轴承的温差所引起的主轴倾斜只占25%。05【减小变形的措施】

五、减少工艺系统的热变形的措施（1）减少减少工艺系统的热源及其发热量加工过程中机床的热变形主要由内部热源产生,因此,为减少机床的热变形,首先应减少热源。热源尽可能与主机分离,成为独立的单元，如不能分离出来则采用隔热材料将其与主机隔开。对于无法从主机中分离出去的热源,摩擦热以及切削热和外部热源,应采取适当的冷却、润滑措施并改进结构,以改善摩擦特性,减少发热。此外,为防止切下的切屑把热量传给机床工作台或床身,可在工作台等处放上隔热塑料板并及时清理切屑。（2）加强冷却,提高散热能力为了抑制机床内部热源引起的热变形,近年来广泛采用对机床受热部位进行强制冷却的方法。减小变形的措施

（3）控制温度变化，均衡温度由于工艺系统温度变化,引起工艺系统热变形变化,从I血广生土庆形立片的加T误差性。因而,必须采取措施控制工艺系统温度艾化,休持m度德止。使然又，土Hh一人-具有规律性,便于采取相应措施给予补偿。如图5-15所示为立轴平面磨床,为了平衡主轴箱发热对立柱前壁的影响,用管道将主轴箱的热空气输送给立柱后壁,使前后壁温度分布均匀对称,从而减少立柱的倾斜。采取这一措施后,使被加工的工件平面度误差降低1/3~1/4。对于床身较长的导轨磨床,为了均衡导轨面的热伸长,可利用机床润滑系统回油的余热来提高床身下部的温度,使床身上下表面的温差减小,变形均匀。当机床(工艺系统)达到热平衡时,工艺系统的热变形趋于稳定,因此,设法使工艺系统尽快达到热平衡,既可控制温度变化,又能提高生产率。缩短预热期的方法有两种:一种方法是加工前让机床高速空转,使机床迅速达到热平衡,然后采用工作转速进行加工;另一种方法是在机床适当部位上增设附加热源，在预热期内人为向机床供热,加快其热平衡,然后采用工作转速进行加工。对于精密机床,如数控机床、螺纹磨床、齿轮磨床等,还应安装在恒温室使用,以减小环境温度变化对加工精度的影响。减小变形的措施

（4）采用补偿措施当加工中工艺系统热变形不可避免存在时,常采取一些补偿措施予以消除。例如数控机床中,滚珠丝杠工作时产生的热变形可采用“预拉法”予以消除。即丝杠加工时,螺距小于其规定值。装配时对丝杠施加拉力,使其螺距增大到标准值。由于丝杠内的拉应力大于其受热时的压应力(热应力),故丝杠不产生受热变形。（5）改善机床结构除上述措施外，还应注意改善机床结构,减小其热变形，首先考虑结构的对称性。一方面传动元件(轴承、齿轮等)在箱体内