工艺系统的热变形误差

1、工艺系统的热变形误差第1页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三第十四章 机械加工精度第四节 工艺系统的热变形误差第2页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三机床热变形引起的加工误差一工件热变形所引起的加工误差二一本节教学内容第四节 工艺系统的热变形误差三刀具热变形所引起的加工误差四减小热变形的主要措施第3页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三本节教学要求： 掌握工艺系统的热变形对的加工误差的影响及减少和控制工艺系统热变形的主要途径。本节教学要求第四节 工艺系统的热变形误差第4页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三本节教学重点

2、：减小工艺系统热变形的措施。本节教学重点第四节 工艺系统的热变形误差第5页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三第四节 工艺系统的热变形误差 机械加工过程中，工艺系统在各种热源的影响下，产生复杂的变形，破坏了工件与刀具相对位置和相对运动的准确性，引起加工误差。 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。第6页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三第四节 工艺系统的热变形误差工艺系统热源内部热源外部热源切削热摩擦热环境热辐射热电机、轴承、齿轮、油泵等工件、刀具、切屑、切削液气温、

3、室温变化、热、冷风等日光、照明、暖气、体温等第7页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三机床热变形引起的加工误差一、机床热变形引起的加工误差 由于机床结构形式和工作条件不同，引起机床热变形的热源和变形形式也不相同。第8页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三机床热变形引起的加工误差车床热变形引起的加工误差 车床主轴箱的温升导致主轴线抬高，主轴前轴承的温升高于后轴承又使主轴倾斜，主轴箱的热量经油池传到床身，导致床身中凸，更促使主轴线向上倾斜，最终导致主轴回转轴线与导轨的平行度误差，使加工后的零件产生圆柱度误差。第9页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，

4、星期三机床热变形引起的加工误差铣床热变形引起的加工误差 万能铣床的热源也是主传动系统，由于左箱壁温度高也导致主轴线升高并倾斜。第10页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三机床热变形引起的加工误差平面磨床热变形引起的加工误差第11页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三机床热变形引起的加工误差双端面磨床热变形引起的加工误差第12页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三机床热变形引起的加工误差导轨磨床热变形导轨磨床热变形引起的加工误差 导轨磨床床身导轨面与床身底面温差1时，其弯曲变形量可达0.22mm 。第13页，共32页，2022年，5月20日，

5、4点40分，星期三刀具热变形引起的加工误差 刀具热变形的热源是切削热。传给刀具的切削热虽然很少，但刀具质量小，热容量小，所以仍会有很高的温升，引起刀具的热伸长而产生加工误差。二、刀具热变形引起的加工误差A连续切削变形曲线C断续切削变形曲线B刀具冷却变形曲线车刀的热变形曲线第14页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三刀具热变形引起的加工误差车刀的热变形曲线A连续切削变形曲线 车刀热伸长将使加工后的工件产生圆柱度误差或端面的平面度误差。连续车削时，车刀的热变形情况如曲线A，刀具受热伸长在切削初始阶段变化很快，随后比较缓慢，经过约 1020min，便可达到热平衡状态，车刀不再伸长。

6、第15页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三刀具热变形引起的加工误差车刀的热变形曲线B刀具冷却变形曲线当车刀停止车削后，刀具冷却变形过程如曲线B。 第16页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三刀具热变形引起的加工误差车刀的热变形曲线C断续切削变形曲线当车削一批短小轴类工件时，加工时断时续（如装卸工件）间断切削，变形过程如曲线C。 在开始切削阶段，刀具热变形较显著，对加工精度影响较大，当达到热平衡后，其热变形趋于稳定，对加工精度的影响就不明显。第17页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三刀具热变形引起的加工误差车刀的热变形曲线C断续切削变形曲

7、线 对每一个工件来说，产生的形状误差是较小的；对一批工件来说，在刀具未达到热平衡时，加工出的一批工件尺寸有一定的误差。第18页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三工件热变形引起的加工误差 工件热变形的热源主要是切削热，对有些大型件、精密件，环境温度也有很大的影响。传入工件的热量越多、工件的质量越小则热变形越大。 1.工件均匀受热 车镗轴套类零件圆柱面，长度及径向受热变形。若在受热时测量达到规定尺寸，冷却后尺寸变小， 可能出现尺寸超差。三、工件热变形引起的加工误差第19页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三工件热变形引起的加工误差 1.工件均匀受热 对于一些形

8、状简单、结构对称的零件，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式中 工件材料的热膨胀系数（1/）； L工件在热变形方向的尺寸（mm）； t 工件温升（）。 在较长轴类零件外圆的车削或磨削加工中，开始切削时，工件温升为零，随着切削的进行，工件温度逐渐升高而使直径逐渐增大，增大的量被刀具切除，当工件冷却后形成锥度误差。第20页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三工件热变形引起的加工误差 当对工件进行刨、铣、磨等平面加工时，工件单面受热，上下平面间产生温差，导致工件向上凸起，中间切去的材料较多，冷却后加工表面下凹，使工件产生平面度误差。这种现象对于加

9、工薄片类零件尤为突出。其变形量可用下式计算： 2.工件不均匀受热 式中 工件材料的热膨胀系数（1/）； L工件长度（mm）； t 工件上下表面的温差（）。H工件厚度（mm）。 第21页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三工件热变形引起的加工误差工件热变形第22页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三减小热变形的主要措施四、减小热变形的主要措施 1.减少发热和隔热 （1）减少切削热 通过合理选择切削用量和正确选择刀具几何参数减少切削热。 当零件精度要求较高时，还应注意将粗精加工分开进行。 （2）减少机床各运动副的摩擦热 对主轴变速系统、轴承、摩擦离合器、导轨副、

10、丝杠副、快速进给系统等的零部件，应从结构和润滑等方面减少发热。 第23页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三减小热变形的主要措施（3）分离热源 凡能从主机中分离出去的热源，如电动机、变速箱、液压系统等应尽可能移出以减少它们对主机的影响。（4）隔开热源 用隔热材料将发热部件和机床大件隔离开。 1减少发热和隔热第24页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三减小热变形的主要措施（1）使用大流量冷却液或喷雾冷却等方法 2冷却与散热 利用这些方法可带走大量切削热或磨削热。在精密加工时，为增加冷却效果，控制切削液的温度是很必要的。如大型精密螺纹磨床采用恒温切削液淋浇工件，

11、机床的空心丝杠也通入恒温油，以降低工件与传动丝杠的温度，提高加工精度的稳定性， 第25页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三减小热变形的主要措施 螺纹磨床工件淋浴恒温控制系统 2冷却与散热第26页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三减小热变形的主要措施（2）采用强制冷却来控制热变形 2冷却与散热 目前大型数控机床、加工中心机床普遍采用冷冻机对润滑油、切削液进行强制冷却，机床主轴和齿轮箱中产生的热量可由恒温的切削液迅速带走。第27页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三减小热变形的主要措施 机床刚开始运转的一段时间内（预热期），温升较快，热变形

12、大，当达到热平衡后机床各部位的热变形趋于稳定。因此对于精密机床，特别是大型机床，缩短预热期，加速达到热平衡状态，加工精度才易保证。 3保持工艺系统的热平衡第28页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三减小热变形的主要措施 精密机床一般安装在恒温车间，其恒温精度一般控制在土10C内，精密级为土0.50C，超精密级为土0.010C。恒温室平均温度一般为春秋季200C，夏季取230C，冬季可取170C。4控制环境温度第29页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三思考题与习题思考题与习题第四节 工艺系统的热变形误差1.引起工艺系统受热变形的热源有哪些？各有什么产生？2.落地卧式车床和转塔车床热变形引起的主轴在水平面内的位移和垂直面的位移对加工精度的影响是否相同？为什么？3.磨床的主要热源有哪些？有它们引起的热变形主要表现在哪些方面？它们对加工精度有何影响？4.用两个固定顶尖对细长轴加工时由于切削热的影响，工件易产生什么变形？怎么减小此变形？第30页，共32页，2022年，5月20日，4点40分，星期三思考题与习题思考题与习题第四节 工艺系统的热变