机械制造工艺学 第3版 课件 模块二 典型零件机械加工工艺文件的制订+项目三任务一5箱体孔系加工精度分析

机械制造工艺学机械制造工艺课程组车床主轴箱加工工艺如图3-1所示为某车窗主轴箱简图，材料为HT200，中小批生产，制定其机械加工工艺过程卡。项目三模块二任务一箱体类零件典型特点是结构复杂，壁薄且壁厚不均匀；孔和面的尺寸精度、表面粗糙度及形位精度要求多，如何保证孔系之间的尺寸精度、形位精度，孔面之间的位置精度往往是加工的重点；加工中要特别注意定位精准的选择，以保证各形位精度的实现，毛坯多采用铸件，需进行时效处理，保证零件加工后的性能稳定性。一、镗杆受力变形的影响镗杆受力变形是影响孔系加工质量的主要原因之一。悬臂镗杆在镗孔过程中，受到切削力距M、切削力Fr及镗杆自重力G的作用。切削力距M使镗杆产生弹性扭曲，主要影响工件的表面粗糙度和刀具的寿命；切削力Fr和自重力G使镗杆产生弹性弯曲(挠曲变形)，对孔系加工精度产生较大的影响。镗杆与主轴刚性联接采用悬臂镗孔方式时,镗杆受力变形分析：(一)由切削力Fr所产生的挠曲变形作用在镗杆上的切削力Fr，如图3-43所示箱体孔系加工精度分析镗杆旋转不断改变方向，使镗杆的中心偏离了原来的理想中心。(一)由切削力Fr所产生的挠曲变形作用在镗杆上的切削力Fr，如图3-43所示图3-43切削力对镗杆挠曲变形的影响假定切削力Fr不变时，刀尖的运动轨迹仍呈正圆，由切削力Fr所产生的挠曲变形使所镗出的孔的直径比原尺寸减少了2fF。fF的大小与切削力Fr和镗杆的伸出长度有关。Fr越大或镗杆伸长越长，则fF就越大。实际由于实际加工余量的变化和材质的不均匀，切削力Fr是变化的，因此刀尖运动轨迹不可能是正圆。同理，在被加工孔的轴线方向上，由于加工余量和材质的不均匀，或镗杆悬伸长度的变化，镗杆的挠曲变形也是变化的。(二)由镗杆自重力G所产生的挠曲变形因镗杆自重力G在镗孔过程中其方向不变。故由其所产生的镗杆挠曲变形fG的方向也不变。①高速镗削时，由于陀螺效应，自重力所产生的挠曲变形很小；②低速镗削时，自重力对镗杆的作用相当于均布载荷作用在悬臂梁上，使镗杆实际回转中心始终低于理想回转中心一个fG值，被加工孔的中心也就始终低于理想的回转中心一个fG值，如图3-44所示。G越大或镗杆悬伸越长，则fG越大。图3-44自重力对镗杆挠曲变形的影响(三)镗杆在自重力G和切削力Fr共同作用下的挠曲变形镗杆在每一瞬间所产生的挠曲变形，是自重力G和切削力Fr共同作用下所产生的挠曲变形的合成。对同一孔的加工：①产生孔径误差—孔径变小，随镗杆伸长，孔径越来越小；②产生孔中心线直线度误差—轴线低且弯，随镗杆伸长，轴线越来越低越弯；③产生孔的圆度、圆柱度误差—沿径向不圆，沿轴向大小不一；图3-45切削力和自重力共同作用下镗杆的挠曲变形—--—为理想孔的形状、位置对孔系的加工：产生相互位置误差—同轴孔的同轴度误差，平行孔的孔距误差和平行度误差，孔对端面的垂直度误差等。粗加工，切削力大，影响较显著；精加工时，切削力小，影响也较小。镗杆在自重力和切削力作用下的挠曲变形，对孔的加工精度有显著的影响。因此，在镗孔中必须十分注意提高镗杆的刚度。为减少镗杆挠曲变形对孔加工精度的影响，通常可采取下列措施:①尽可能加粗镗杆直径和减少悬伸长度；②采用导向装置，使镗杆的挠曲变形得以约束；③镗杆直径较大时(>ϕ80mm)，应做成空心，以减轻重量；④合理选择定位基准，使加工余量均匀；⑤选择合理的切削用量和合理的刀具几何参数，以减少切削力的影响。二、镗杆与导套的精度及配合间隙的影响采用导向装置或镗模镗孔时，镗杆与导套的几何形状精度及其相互的配合间隙，将成为影响孔系加工精度的主要因素之一，现分析如下：①当切削力Fr大于自重力G时，切削力都可以推动镗杆紧靠在与切削位置相反的导套内表面上，导套内孔的圆度误差将引起被加工孔的圆度误差，而镗杆的圆度误差对被加工孔的圆度没有影响。②精镗时，切削力很小，若Fr<G，切削力Fr不能抬起镗杆。随着镗杆的旋转，镗杆轴颈表面以不同部分沿导套内孔的下方摆动，如图3-46所示。切削力越大，配合间隙越大，镗杆摆动的范围也越大。刀尖运动轨迹为一个圆心低于导套中心的非正圆，直接造成了被加工孔的圆度误差，镗杆的圆度误差将直接反映到被加工孔上引起圆度误差，而导套内孔的圆度误差对被加工孔的圆度误差影响较小。图3-46Fr<G时镗杆在导套下方的摆动③当加工余量与材质不均匀或切削用量不一致时，使切削力发生变化，引起镗杆在导套内孔下方的摆幅也不断变化。对同一孔的加工，可能引起圆柱度误差；对不同孔的加工，可能引起孔距误差和相互位置误差。措施：在有导向装置的镗孔中，为了保证孔系加工质量①要保证镗杆与导套本身必须具有较高的几何形状精度外②合理地选择导向方式和保持镗杆与导套的合理配合间隙③在采用前后双支承导向时，应使前后导向的配合间隙一致④注意合理选择定位基准、切削用量和刀具的几何参数，精加工时，应适当增加走刀次数，以保持切削力的稳定，尽量减少切削力的影响。三、机床进给方式的影响镗孔时常有两种进给方式:一由镗杆直接进给；二由工作台在机床导轨上进给。进给方式对孔系加工精度的影响与镗孔方式有关，当镗杆与机床主轴浮动联接采用镗模镗孔时，进给方式对孔系加工精度无明显的影响；而采用镗杆与主轴刚性联接悬臂镗孔时，进给方式对孔系加工精度有较大的影响。悬臂镗孔时，若以镗杆直接进给，随着镗杆的不断伸长，刀尖处的挠曲变形量越来越大，使被加工孔越来越小，孔轴心线越来越低(图3-45)，造成孔径误差、形状误差和相互位置误差。图3-45切削力和自重力共同作用下镗杆的挠曲变形—--—为理想孔的形状、位置图3-47工作台进给的影响——为理想孔的形状、位置若以工作台在机床导轨上进给，镗杆伸出长度不变，如图3-47所示，则在镗孔过程中，刀尖处的挠曲变形量不变(假定切削力不变时)，则被加工孔孔径缩小量不变，孔轴心线下沉的量不变，而对被加工孔的形状误差、同轴度误差、平行度误差等无明显的影响，但对孔距精度有所影响。当用工作台进给时，机床导轨的直线度误差、平行度误差会使被加工孔产生圆柱度等形状误差和同轴度、平行度等相互位置误差。此外，工作台与床身导轨的配合间隙对孔系加工也有一定的影响，特别当工作台作正、反向进给时，工作台会随进给方向的改变而发生偏摆，也会造成孔系间的相互位置误差。结论：以工作台进给，并采用合理的操作方式，比镗杆进给较易保证孔系的加工质量。①在一般的悬臂镗孔中，特别是当孔深大于200mm时，多采用工作台进给。②当加工大型箱体时，镗杆的刚度好，而用工作台进给十分沉重，易产生爬行，反而不如镗杆直接进给轻快，此时宜用镗杆进给。③当孔深小于200mm时，镗杆悬伸短，也可直接采用镗杆进给。四、切削热和夹紧力的影响1.切削热对孔系加工精度的影响粗加工时，有大量的切削热产生。同样的热量传递到箱体的不同壁厚处，会有不同的温升。薄壁处的金属少，温度升高快；厚壁处的金属多，温度升得慢。薄壁处的温度高，向外膨胀的热变形量大；而厚壁处的温度低，向外膨胀的热变形量小。如果粗加工后不等工件冷却下来就立即进行精加工，加工时在孔内薄壁处所实际切除的金属要比厚壁处的少，孔在加工时是正圆，由于冷却后收缩量不同，就会产生圆度误差。因此箱体孔系的加工通常要粗精分开，粗加工后，待工件充分冷却后再进行精加工，以消除热变形的影响。2.夹紧力对孔系加工精度的影响镗孔中若夹紧力过大或作用点不当，容易产生夹紧变形。箱体的夹紧变形也将影响孔系的相互位置精度。图3-48箱体的夹紧变形为