机械制造工艺及夹具设计课件 6-工艺系统热变形引起的加工误差

工艺系统热变形引起的加工误差第二章:机械加工精度工艺系统热变形引起的加工误差1.工艺系统的热源2、工艺系统热变形对加工精度的影响机床热变形对加工精度的影响工件热变形对加工精度的影响刀具热变形对加工精度的影响工艺系统热变形引起的加工误差01工艺系统在各种热源作用下，会产生相应的热变形，从而破坏工件与刀具间正确的相对位置，造成加工误差。02据统计，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的40%~70%。03实现数控加工后，加工误差不能再由人工进行补偿，全靠机床自动控制，因此控制热变形就显得特别重要。04工艺系统热变形的问题已成为机械加工技术发展的一个重大研究课题。工艺系统热变形引起的加工误差1.工艺系统的热源热源内部热源工艺系统内部:热传导外部热源工艺系统外部:对流传热切削热摩擦热热辐射工件、刀具、切屑电机、轴承、齿轮、油泵等日光、照明、暖气、体温等工艺系统热变形引起的加工误差1）切削热01由切削过程中切削层金属的弹性、塑性变形及刀具与工件、切屑间的摩擦所产生，并由工件、刀具、夹具、机床、切屑、切削液及周围介质传出。02车削时，大量的切削热由切屑带走，传给工件的为10％一30％，传给刀具的为1％一5％。03磨削时，由于磨屑小，带走的热量很少，大部分传入工件，故易产生磨削烧伤。工艺系统热变形引起的加工误差图5-23车削切削热的分配示意图工艺系统热变形引起的加工误差磨削烧伤,是指由于磨削时的瞬时高温使工件表层局部组织发生变化,并在工件表面氧化变色的现象。

磨削烧伤会降低材料的耐磨、耐腐蚀性和疲劳强度，烧伤严重时还会出现裂纹。工艺系统热变形引起的加工误差主要由机床和液压系统中的运动部件产生的，如电动机、轴承、齿轮等传动副等运动产生的摩擦热。摩擦热是机床热变形的主要热源2）摩擦热3）外部热源主要是环境温度的变化和热的辐射工艺系统热变形引起的加工误差热

平

衡当单位时间内传入和散发的热量相等时，工艺系统达到了热平衡状态。而工艺系统的热变形也就达到某种程度的稳定。工艺系统的热平衡工艺系统热变形引起的加工误差工艺系统热变形引起的加工误差机床在开始工作的一段时间内，其温度处于不稳定状态，机床精度也是很不稳定的，工作一定时间后，温度逐渐趋于稳定，达到热平衡,机床精度也比较稳定。因此，精密加工应在热平衡状态下进行。在生产中，必须注意工艺系统热变形引起的加工误差2、工艺系统热变形对加工精度的影响机床热变形对加工精度的影响01工件热变形对加工精度的影响02刀具热变形对加工精度的影响03工艺系统热变形引起的加工误差（1）机床热变形对加工精度的影响01机床受热源的影响，各部件将发生不同程度的热变形，破坏了机床原有的几何精度，产生加工误差。02各类机床其结构、工作条件及热源形式均不相同，因此机床各部件的温升和热变形情况是不一样的。工艺系统热变形引起的加工误差a.车床热变形图

车床的热变形01主要热源：是主轴箱轴承的摩擦热和主轴箱中油池的发热。02后果：主轴箱和床身温度上升，造成机床主轴抬高和倾斜。工艺系统热变形引起的加工误差b.大型机床热变形01如外圆磨床、龙门铣床等的长床身部件02表面温度比床身底面温度高形成温差床身产生弯曲变形,表面呈中凸形工艺系统热变形引起的加工误差c.导轨磨床热变形01主要热源：是主轴箱轴承的摩擦热、油池的发热以及床身导轨的摩擦热。02后果：主轴箱和床身温度上升，造成机床主轴抬高和倾斜和导轨的变形。工艺系统热变形引起的加工误差（2）工件热变形对加工精度的影响对于一些形状简单、对称的零件，如轴、套筒等，加工时,切削热能较均匀地传入工件，工件热变形量可按下式估算：△L=αL△t式中α——工件材料的热膨胀系数，单位为1/℃；L——工件在热变形方向的尺寸，单位为mm；

△t——工件温升，单位为℃。工艺系统热变形引起的加工误差在精密丝杠加工中，工件的热伸长会产生螺距的累积误差。实例1例如：在磨削3m长的丝杠螺纹时，每磨一次温度升高3℃，则被磨丝杠将伸长?△L=11.4×10-6×3000×3mm=0.1mm而6级丝杠的螺距累积误差规定在全长不允许超过0.02mm左右因此，热变形对工件加工精度影响很大(11.4×10-6是碳钢的平均膨胀系数)工艺系统热变形引起的加工误差实例2细长轴在顶尖间车削时：热变形使工件伸长，导致工件因弯曲变形而产生圆柱度误差。实例3床身导轨面的磨削：单面受热，与底面产生温差，引起热变形，导轨在垂直面内的产生直线度误差。工艺系统热变形引起的加工误差在三工位的组合机床上，通过钻—扩—铰加工孔实例4此时粗、精加工时间间隔较短，粗加工时的热变形将影响到精加工，工件冷却后，将产生加工误差如：工件的尺寸是：外径40mm，孔径为20mm，长40mm，材料为钢材。钻孔时切削用量为n＝310r／min，f＝0.36mm。钻孔后，温升近307℃，接着扩孔和铰孔，当工件冷却后孔的收缩量已超过精度规定值。因此，在这种情况下一定要采取冷却措施，否则将出现废品。工艺系统热变形引起的加工误差（3）刀具热变形对加工精度的影响刀具热变形主要是由切削热引起的。切削加工时虽然大部分切削热被切屑带走，传入刀具的热量并不多，但由于