机械加工的精度.pptx

第十章 机械加工的精度第二讲工艺系统的受力变形与热变形主要内容 工艺系统刚度的概念 工艺系统受力变形对加工精度的影响 减少工艺系统受力变形的措施 工件内应力对加工精度的影响 工艺系统的热源 工艺系统的热变形对加工精度的影响 减少工艺系统热变形的措施2005年9月27日山东大学 机械工程学院一、工艺系统受力变形现象 机械加工过程中，工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、重力及惯性力等外力作用下会产生变形，破坏了已调整好的刀具和工件之间的正确位置关系，使工件产生加工误差。 例如，在车床上用顶尖装夹车削细长轴(不用跟刀架或中心架)，会产生中间粗两头细腰鼓形的圆柱度误差，如图10-11所示。由此可见，工艺系统受力变形是加工过程中的一项很重要的原始误差。它不仅严重地影响工件的加工精度，而且还影响工件的加工表面质量，限制生产率的提高。2005年9月27日山东大学 机械工程学院图10-11 工艺系统受力变形产生加工误差 2005年9月27日山东大学 机械工程学院二、工艺系统的刚度工艺系统是各种零件部件按不同连接方式和运动方式组合起来的总体，因此受力后的变形是复杂的，其中既有弹性变形，也有塑性变形、间隙和摩擦等问题。为了比较工艺系统抵抗变形的能力，就需要建立刚度的概念。2005年9月27日山东大学 机械工程学院1. 刚度的原始定义刚度的原始定义是指：加到系统上的作用力F(N)与由它所引起的同方向位移y(mm)的比值，即N/mm这个定义是狭义的，是假定物体或系统在弹性变形时刚度不变或可近似看作不变的情形下得出的。称为静刚度。考虑到事实上工艺系统的刚度一般是变值，用F/y来定义就不能反映每一受力状态的刚度大小，只能反映刚度的平均值。K越大，物体或系统抵抗变形能力越强，加工精度就越高。 2005年9月27日山东大学 机械工程学院2. 工艺系统的静刚度切削加工过程中，在各种外力作用下，工艺系统各部分将在各个受力方向产生相应变形。对于工艺系统受力变形，主要研究误差敏感方向上的变形量。因此，工艺系统刚度定义为：作用于工件加工表面法线方向上的切削力与刀具在切削力Fy作用下相对于工件在法线方向位移y的比值，即N/mm这里所产生的位移，不只是作用力本身引起的，也包括其它不同方向作用力共同作用的结果。由于力和变形通常都是在静态条件下测量的，故上述刚度称为静刚度。2005年9月27日山东大学 机械工程学院3. 工艺系统刚度的计算 工艺系统的总变形量y应是各个组成环节在同一处的法向变形的叠加，即 根据刚度定义，工艺系统各组成环节的刚度为 所以工艺系统刚度一般公式为 2005年9月27日山东大学 机械工程学院式中 FyYxt—工艺系统刚度(N/mm)；—作用于工件加工表面法线方向上的切削力(N)；—工艺系统总的变形量(mm); —工艺系统总的变形量（mm）；—工艺系统刚度（N/mm）；—机床变形（mm）；—机床刚度（N/mm）；—夹具变形（mm）；—夹具刚度（N/mm）；—刀具变形（mm）；—刀具刚度(N/mm)；—工件变形(mm)；—工件刚度(N/mm)。 2005年9月27日山东大学 机械工程学院公式10-7表明，已知工艺系统各组成环节的刚度，即可求得工艺系统刚度。对于工件和刀具，一般说来都是一些简单构件，可用材料力学理论近似计算，如车刀的刚度可以按悬臂梁计算；用三爪卡盘夹持工件，工件的刚度可以按悬臂梁计算；用顶尖加工细长轴，工件的刚度可以按简支梁计算等；对于机床和夹具，结构比较复杂，通常用实验法测定其刚度。 2005年9月27日山东大学 机械工程学院三、工艺系统受力变形对加工精度的影响切削力、（一）切削力对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响可以归纳为如下几种形式： 2005年9月27日山东大学 机械工程学院 1．切削力作用点位置变化对加工精度的影响在车床上以前后两顶尖为支承车削光轴。当车刀做纵向进给时，切削力的作用点不断移动，机床、工件在这些点的刚度各不相同。因此，车出的工件在纵向截面内各个径向尺寸不一而形成形状误差。为了分析问题方便简便，认为在加工过程中，切削力不变化，只考虑系统刚度变化对加工精度的影响。将机床和工件在受力情况下的变形情况分别考虑。2005年9月27日山东大学 机械工程学院（1）在两顶尖间车削短而粗的光轴，由于机床的变形产生鞍形误差。设工件为绝对刚体，Fy不变，在切削力的作用下，使前后顶尖发生位移。这时，刀具和刀架在工件全长上为常数，它只是影响工件径向尺寸精度，而不影响纵向截面形状。随着切削力在两顶尖之间的位置变化，前后顶尖的变形位移量则不同。设刀具位于距离前顶尖为x处时，前顶尖分力（2-7）（2-8）后顶尖分力2005年9月27日山东大学 机械工程学院推导过程设前后顶尖处的刚度分别为KsQ和KsH，则前后顶尖的位移分别为（2-9）（2