工艺系统刚度对加工精度的影响

5.3.3工艺系统刚度对加工精度的影响如果将工艺系统视为线性系统，工艺系统在受力情况下的总变形yxt是各个组成部分变形的叠加。yxt=yjc（机床变形量）+ydj（刀架变形量）+yjj（夹具变形量）+yg（工件变形量）工艺系统的刚度：m1、受力点位置的变化(所引起工件的误差)(1)机床变形受力状况抽象以后：1)车床头架ytjyxywz010’1AC020’2ExPyP1P2L2)车床尾架3)刀架变形车床头架，车床尾架，刀架在x处的总变形为：由相似三角形得：从中解出：得到头架和尾座在x处的变形则机床变形为：将车床头架，车床尾架，刀架变形代入上式：（2）工件的变形(3)工艺系统总变形(4)工件在顶尖上加工后的单边变形(5)工件误差=2yxt2.工件毛坯加工余量和材料硬度的变化(误差复映规律)在加工过程中，由于工件毛坯加工余量或材料硬度的变化，引起切削力和工艺系统受力变形的变化，因而产生工件的误差。车削一个有圆度误差的毛坯，将刀尖调整到要求的尺寸(图中虚线圆)，在工件每一转过程中，切深发生变化，当车刀切至毛坯椭圆长轴时为最大切深ap1，切至椭圆短轴时为最小切深ap2，其余在椭圆长、短轴之间切削，切深介于ap1与ap2之间。因此，切削力Py，也随切深ap的变化而变化，由Pymax变到Pymin，引起工艺系统中机床的相应变形为y1和y2，这样就使毛坯的圆度误差复映到加工后的工件表面。这种现象称为“误差复映”。毛坯上的最大误差为△坯＝apl—ap2，工件上的最大误差为△工＝yl—y2设有误差复映系数：△工=ε△坯，ε的数量级此式表示了加工后工件误差与毛坯误差之间的比例关系，说明了“误差复映”的规律。当一次走刀不能满足精度要求时，必须进行第二次走刀。当加工过程分成多次走刀进行时，每次走刀的复映系数为ε1、ε2、ε3……，则总的复映系数：ε=ε1×ε2×ε3×--------λ-系数，一般为0.4Cp-反映工件材料和刀具角度的系数kxt-系统刚度结论：（1）误差复映的本质问题是系统的刚度问题。余量不均-切削力变化-复映成加工误差。（2）复映系数ε远小于1，所以在一般车削时，只有在粗加工时用误差复映规律估算加工误差才有实际的意义。（3）原始误差必须多次加工才能消除。但一般2---3次就行。（4）在批量生产中，对毛坯误差或前工序的尺寸公差进行控制。3、传动动力、惯惯性力、、重力和和其它作作用力的的变化（1）由由于惯性性力和传传动力引引起的加加工误差差例如单爪爪传动的的拨盘装装置（鸡鸡心夹）），在高高速旋转转时，不不平衡的的质量会会产生周周期性的的离心力力，引起起主轴及及工件振振动。1)工件件产生的的变形2)工件件在半径径方向产产生的加加工误差差（2）机机床部件件和工件件本身的的重量引引起的加加工误差差1)垂直直部件：：缩短值值γ是比重重；H是是垂放尺尺寸。2）水平平部件：：0.577L是美国国科学家家艾雷计计算出来来的。H0.577L(3)夹夹紧变形形引起的的误差当工件的的刚性较较差时，，由于加加紧的方方法不当当，也会会引起工工件的形形状误差差。例三爪卡卡盘夹持持薄壁套套：在夹持点点a处和和b处的的变形分分别为：：P---夹紧力力；R---套套筒的平平均半径径。4、夹具具刚度对对加工精精度的影影响由于工件件直接安安装在夹夹具中，，要求夹夹具体等等构件具具有足够够的强度度和刚度度，使其其在承受受夹紧力力和切削削力作用用时不易易变形、、不产生生振动，，且夹紧紧后不改改变工件件的原有有定位。。夹具的刚刚度对于于工件加加工精度度的影响响，比机机床上某某些离开开切削区区较远的的部件来来说更为为直接。。一般的的专用夹夹具都是是根据某某种零件件某一工工序设计计的，如如果刚度度不足而而影响精精度，就就必须修修改或重重行设计计制造。。对于组组合夹具具，因系系采用通通用的标标准化元元件组合合而成，，因此必必须注意意从保证证足够刚刚度的角角度出发发选择组组合的方方案。5.3.4减减小工工艺系统统受力变变形和提提高工艺艺系统刚刚度的措措施1、增加加机床的的床身以以及夹具具体等支支承零件件本身的的静刚度度。(增增加截面面积，大大的惯性性矩)2、提高高接触刚刚度。(提高表表面粗糙糙度和形形状精度度的要求求)3、设置置辅助支支承，提提高部件件刚度。。4、采用用合理的的安装方方法和加加工方法法。5.4工工艺艺系统热热变形产产生的误误差5.4.1概概述加工过程程中，工工艺系统统受各种种热的影影响产生生温度变变形，破破坏了刀刀具与工工件的正正确几何何关系和和运动关关系，引引起加工工误差。。在精密密加工中中，热变变形对加加工精度度具有更更大影响响。近年年来，数数控机床床的发展展，机床床无人操操作，工工艺系统统的热变变形对加加工精度度的影响响不可能能再由操操作者进进行调整整补偿。。有关热热变形问问题的研研究就显显得更为为重要。。根据实实验研究究的资料料来看，，有些加加工方法法因热变变形引起起的加工工误差，，几乎占占了总误误差的40—70%。。譬如车车削加工工，因为为刀具受受热伸长长产生的的误差占占了加工工误差的的1／3～1／／2。热变形影影响刀具具和工件件间的正正确几何何关系和和运动关关系。工艺系统统的热源源工艺系统统的热源源可分为为两大类类，即内内部热源源和外部部热源。。内部热源源外部热源源

热源

摩擦热电动机轴承齿轮丝杆离合器滑动导轨面液压装置润滑油液压驱动油

切削热工件刀具切屑切削液

环境温度气温变化室温剧变局部室温差空气流动热风冷风地热

热辐射日光照明暖气设备人体5.4.2机机床热热变形对对加工精精度的影影响1、车床床主轴抬抬高。8小时可可以抬高高13μμm。（（CW6140）室温初始热平衡阶阶段降温3—10小时10—30小时时2、刨床床6小时时可以抬抬高0.2—0.3mm(B650)3、磨床床上表面面热伸长长使砂轮轮离开工工件。6小时后后0.05mm5.4.3刀刀具热热变形对对加工精精度的影影响刀具热变变形的热热源主要要是切削削热，虽虽然切削削热大部部分遗留留在切屑屑中，传传给刀具具的部分分占总热热量很小小的百分分比。但但因刀体体小，热热惯性小小，刀具具的工作作表面通通常被加加热到很很高的温温度。例例如高速速钢车刀刀的刀刃刃部分温温度可达达700—800ºC。一般刀具具热变形形量可达达0.03～0.05毫米。。刀具热变变形在一一定程度度上与刀刀具磨损损互相补补偿。5.4.4工工件的的热变形形对加工工精度的的影响工件的热热变形有有两种情情况：对称受热热。如如车车、镗、、磨等加加工方法法不对称受受热。例例如平平面的刨刨、铣、、磨等工工序在均匀、、连续受受热的情情况下(即有稳稳定的温温度场)，工件件的热变变形，可可按下式式计算：：△L=αL△t毫毫米式中αα--工件材材料的线线膨胀系系数(钢钢α—1.17×10-5／／ºC，，铸铁αα—1××10-5／ººC)；；△t—工工件温升升；L—热变变形方向向的工件件尺寸。。不对称称受热热加工中中加加工工后5.4.5环环境境温度度对加加工精精度的的影响响除了工工系统统内部部发热热引起起热变变形外外，周周围环环境温温度变变化也也会引引起热热变形形。车车间的的温度度一昼昼夜变变化可可达10ººC左左右，，这不不仅影影响机机床本本身的的几何何精度度，而而且直直接影影响工工件的的加工工和测测量精精度。。用精密密机床床进行行精密密加工工和精精密成成品的的装配配，均均应在在恒温温车间间进行行5.4.6热热变变形的的控制制措施施热源-------导路路------受体体1.减减小发发热和和隔热热。2.强强制冷冷却，，控制制温升升，使使温度度均衡衡。3.加加快升升温，，保持持热平平衡。。4.控控制环环境温温度。。5.5加加工工误差差分析析在生产产实际际中，，影响响加工工精度度的因因素往往往是是错综综复杂杂的，，有时时很难难用单单因素素的估估算方方法来来分析析其因因果关关系，，而要要用数数理统统计方方法来来找出出解决决问题题的途途径。。5.5.1系系统统误差差与偶偶然误误差的的概念念各种单单因素素的加加工误误差，，按其其性质质的不不同可可分为为系统统误差差与偶偶然误误差。。数值-----确定定----常值值系统统误差差例：定定尺寸寸刀具具加工工工件系统误误差变变化化规律律----已知知---规规律性性变化化的系系统误误差例：正常磨磨损段段的刀刀具磨磨损；；工艺艺系统统的热热变形形误差数数值----不不确定定偶然误误差变化规规律----尚尚未我我们所所知对于某某一具具体的的误差差来说说，它它究竟竟是属属于系系统误误差还还是偶偶然误误差，，应根根据实实际情情形来来决定定。5.5.2加加工工误差差的综综合各种因因素引引起的的单项项加工工误差差的总总和还还可用用以下下方法法进行行数学学计算算：1、系系统性性误差差用代代数法法相加加。各因素素引起起的单单项误误差有有正、、负符符号(使工工件尺尺寸增增大或或减小小)，，可以以相互互抵消消。例：加加工方方法本本身的的理论论误差差，刀刀具磨磨损引引起的的误差差，刀刀具热热变形形引起起的误误差，，以及及机床床本身身几何何形状状的误误差等等皆为为系统统性误误差。。2、随随机性性误差差用平平方和和根法法合成成。例：工工艺系系统弹弹性变变形引引起的的误差差，安安装工工件所所引起起的误误差，，以及及调整整机床床所引引起的的误差差皆为为随机机性误误差。。3、系系统性性误差差和随随机性性误差差相加加则用用算术术法加工总总误差差可用用下式式估算算：对于平平面加加工，，加工工总误误差按按下式式计算算对于内内、外外圆表表面和和对称称的平平面，，加工工总误误差按按下式式计算算上两式式中△△db——工工艺系系统弹弹性变变形所所引起起的误误差；；△zj——工工件的的装夹夹误差差(包包括定定位误误差和和夹紧紧误差差)；；△t——机机床调调整误误差；；△dm—刀具具尺寸寸磨损损；△r——工工艺系系统热热变形形引起起的误误差；；∑△xz——由由机床床误差差等因因素引引起的的几何何形状状误差差的总总和。。△dm，△r，及∑∑△xz均为系系统误误差，，其余余为偶偶然误误差。。各系系统误误差按按代数数法相相加，，偶然然误差差用平平方和和的平平方根根法相相加。。5.5.3分分析析加工工精度度的统统计方方法在生产产实际际中，，常用用统计计方法法来研研究加加工精精度。。主要要有两两种方方法，，即分分布曲曲线法法和点点图法法。1、分分布曲曲线法法在一般般情形形下，，在机机床上上用调调整法法加工工一批批零件件所得得到的的尺寸寸分布布曲线线是符符合正正态分分布曲曲线的的。方程式式：，，若若取a=0，则则有：：，，若令，，则则有：：。。正态分分布曲曲线的的总面面积：：，，各各种不不同z值的的φ（（z））之值值，可可由表表中查查出。。（1））技术术特征征（（纯纯属偶偶然因因素））（充充要特特征））1）单单峰中中凸：：绝对对值越越小的的误差差出现现的概概率越越大；；绝对对值越越大的的误差差出现现的概概率越越小。。2）对对称：：绝对对值相相同的的误差差，出出现的的概率率相同同。3）定定宽：：不会会超过过某一一范围围。6σ（2））主参参数1）集集结中中心：：算术术平均均值。。集结中中心最最好和和公差差带分分布中中心重重合。。2）分分散范范围：：6σσ，均均方差差（3））图形形识别别偏移---调整整误差差系系统统自身身精度度含有系统误差差图形识别两个单峰叠加加，两批零件件。各自纯为偶然然因素。但这这两次之间都都有系统统误差。平顶有一占优势的的系统误差（（此系统一定定是线性的））例如：刀具磨磨损，切屑堆堆积，操作疲疲劳，热变形形。图形识别孤岛条件突变，错错误读数，测测量错误。偏向某一方向向试切法加工的的尺寸(心理理作用，避免免不可修复的的废品)结束9、静静夜夜四四无无邻邻，，荒荒居居旧旧业业贫贫。。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。13:09:2213:09:2213:0912/29/20221:09:22PM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。12月-2213:09:2213:09Dec-2229-Dec-2212、故人人江海海别，，几度度隔山山川。。。13:09:2213:09:2213:09Thursday,December29,202213、乍见翻翻疑梦，，相悲各各问年。。。12月-2212月-2213:09:2213:09:22December29,202214、他乡生白发发，旧国见青青山。。29十二月月20221:09:22下午13:09:2212月-2215、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。十二月221:09下下午12月-2213:09December29,202216、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/2913:09:2213:09:2229December202217、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。1:09:22下下午1:09下下午午13:09:2212月月-229、没有失失败，只只有暂时时停止成成功！。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。13:09:2213:09:2213:0912/29/20221:09:22PM11、成成功功就就是是日日复复一一日日那那一一点点点点小小小小努努力力的的积积累累。。。。12月月-2213:09:2213:09Dec-2229-Dec-2212、世间间成事事，不不求其其绝对对圆满满，留留一份份不足足，可可得无无限完完美。。。13:09:2213:09:2213:09Thursday,December29,202213、不知香积寺寺，数里入云云峰。。12月-2212月-2213:09:2213:09:22December29,202214、意志坚强的的人能把世界界放在手中像像泥块一样任任意揉捏。29十二月月20221:09:22下午13:09:2312月-2215、楚塞三湘湘接，荆门门九派通。。。。十二月221:09下下午12月-2213:09December29,202216、少年年十五五二十十时，，步行行夺得得胡马马骑。。。2022/12/2913:09:2313:09:2329December202217、空山新新雨后，，天气晚晚来秋。。。1:09