工艺系统的受热变形-3.ppt

 * * §4.３ 工艺系统热变形引起的误差 　　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。 　　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%。工艺系统的热变形不仅严重地影响加工精度，而且还影响加工效率的提高。 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，因此热变形的影响就显得特别重要。 一.工艺系统的热源 电机、轴承、齿轮、油泵等 工件、刀具、切屑、切削液 气温、室温变化、热、冷风等 热　源 切削热 摩擦热 外部热源 内部热源 环境温度 热辐射 日光、照明、暖气、体温等 　　工艺系统受各种热源的影响，其温度会逐渐升高。同时，它们也通过各种传热方式向周围散发热量。 热 平 衡 当单位时间内传入和散发的热量相等时，工艺系统就达到了热平衡状态; 而工艺系统的热变形也就达到某种程度的稳定; 不稳态 温度场 温度场 稳态温度场 热平衡 物体达到热平衡后，各点温度将不再随时间而变化,只是其坐标位置的函数。这种温度场称为稳态温度场。 当物体未达热平衡时， 各点温度不仅是坐标位 置的函数，也是时间的 函数。这种温度场称为 不稳态温度场。 物体中各点的温度 分布称为温度场, T=f ( x , y, z ,t ) 机床在开始工作的一段时间内，其温度场处于不稳定状态，其精度也是很不稳定的，工作一定时间后，温度才逐渐趋于稳定，其精度也比较稳定。因此—— 精密加工应在热平衡状态下进行。 在生产中，必须注意: 二.工件热变形对加工精度的影响 1.工件均匀受热 对于一些形状简单、对称的零件，如轴、套筒等，加工时（如车削、磨削）切削热能较均匀地传入工件，因工件的形状比较规则，热变形也比较均匀。此时，可根据温升估算热变形量。 工件直径方向的热膨胀： 工件长度方向的热伸长： 式中 α——工件材料的热膨胀系数，单位为1/℃； D， L ——分别为工件的直径和长度，单位为mm； △T——工件的温升（△T＝T2－T1），单位为℃。 2.工件不均匀受热 工件单面受热时的弯曲变形计算 对工件的平面进行铣、刨、磨等加工时，工件单面受热，上下表面的温差将导致工件向上拱起，加工时中间凸起部分被切去，加工完毕冷却后工件表面变成下凹，造成平面度误差。 热变形挠度x ： 三.刀具热变形对加工精度的影响 刀具热变形主要由切削热引起，通常传入刀具的热量并不多，但由于热量集中在切削部分，刀体小，热容量小，故仍会有很高的温升，有时局部温度可达1000℃以上。 车刀热变形曲线 曲线A：车刀连续工作时的热伸长曲线； 曲线B：切削停止后，车刀温度下降曲线； 曲线C：车刀间断切削的热变形曲线。 τ1 — 刀具连续切削至热平衡时间 τ2 —刀具冷却至热平衡时间 τ0 —刀具间断切削至热平衡时间 四.机床热变形对加工精度的影响 机床的结构复杂，受到内、外热源影响时，机床温度场一般都不均匀，会使机床的精度遭到破坏，引起相应的加工误差。其中主轴部件、工作 台、床身、导轨、立柱等部件的热变形对加工精度影响最大。机床类型不同，引起机床热变形的热源和变形形式也各异。 主轴箱中的齿轮、轴承 摩擦发热、润滑油发热。 车、铣、钻、镗类机床 导轨副的摩擦热。 砂轮主轴轴承的发热和液压系统的发热。 龙门刨、牛头刨、立车类机床 各种磨床 车床的热变形示 意 图 外圆磨床的热变 形 示 意 图 牛头刨滑枕热变形及结构改进示 意 图 a) 原滑枕截面图 b)原滑枕热变形示意图 c) 滑枕热对称结构 五.减少工艺系统热变形的主要途径 减少发热和隔离热源 均衡温度场 改进机床布局和结构设计 保持工艺系统的热平衡 控制环境温度 热位移补偿 1) 采用热对称结构； 2) 合理选择机床零部 件的安装基准； 寻求各部件热变形的规律，建 立热变形位移数字模型并存入 计算机中进行实时补偿。 加工前使机床高速空转，达 到热平衡时再切削加工。 1）减小温差； 2）均衡关键件的温升，避 免弯曲变形； 高精度机床可安置在恒温车间；恒 温精度一般控制在±1℃ 以内， 温 度一般为20℃左右。 分离热源、采用隔热