工艺系统热变形对加工精度的影响

2 车削轴类工件时的精度分析 3 高精度齿轮数控滚齿的工艺措施 4 数控机床精度检测项目及常用工具 5 用于标定齿轮测量仪器的高精度基准样板 影响 1 离心力对车削加工误差影响的数学分析 2 刀具硬度的影响因素 3 切削加工时表面粗糙度形成的原因及其影响因素 4 刀具硬度的影响因素 5 离心力对车削加工误差影响的数学分析 数控机床网提供机床产品列表：数控机床|苏州宝玛|数控车床|线切割机床|数控切割机|电火花数控快走丝线切割机床|电火花数控慢 走丝线切割机床|电火花机|电火花成型机|电火花高速小孔加工机|数控铣床|加工中心，欢迎咨询订购！
4-31所示为平面磨床采用热空气加热温升较低的立柱后壁，以减少立柱前后壁的温度差而减少立柱的弯曲变形。图中热空气从电动机 风扇排பைடு நூலகம்，通过特设的管道引向防护罩和立柱和后壁空间。采用这种措施后，工件端面平行度误差可降低为来的 1/3～ 1/4。 ( 四 )控制温度的变化 环境温度的变化和室内各部分的温差，将使工艺系统产生热变形，从而影响工件的加工精度和测量精度。因此，在加工或测量精 密零件时，应控制室温的变化。 精密机床 (如精密磨床、坐标镗床、齿轮磨床等 )一般安装在恒温车间，以保持其温度的恒定。恒温精度一般控制在± l℃，精密级为± 0.5℃，超精密级为 ± 0.0l℃。 采用机床预热也是一种控制温度变化的方法。由热变形规律可知，热变形影响较大的是在工艺系统升温阶段，当达到热平衡后， 热变形趋于稳定，加工精度就容易控制。因此，对精密机床特别是大型精密机床，可在加工前预先开动，高速空转，或人为地在机床 的适当部位附设加热源预热，使它达到热平衡后再进行加工。基于同样原因，精密加工机床应尽量避免较长时间的中途停车。 网页查看：工艺系统热变形对加工精度的影响 发表评论 相关资讯： 工艺 1 热加工工艺模拟及优化设计技术 2 零件工艺路线决策的主干约束匹配法 3 工艺系统的几何误差对加工误差的影响 4 用于DFM的工艺咨询与评价方法的研究 5 高精度齿轮数控滚齿的工艺措施 系统 1 Windows环境下转塔数控冲床监控与编程系统的设计 2 滚动轴承CAD/CAM集成系统的开发 3 Heidenhain iTNC 530数控系统与高速模具加工 4 单轴位置伺服系统的设计与实现 5 全位置自动管板焊系统在电建冷凝器制造中的应用 变形 1 摩托车车架的焊接变形及减小变形的措施 2 观察金属切削变形的工业电视摄像系统设计 3 曲轴TR法成形的三维有限变形弹塑性有限元模拟 4 以SolidWorks设计的反地雷车出演《变形金刚》 5 摩托车车架的焊接变形及减小变形的措施 加工 1 热加工工艺模拟及优化设计技术 2 特种激光加工技术发展现状与展望 3 精密加工和超精密加工的发展趋势和技术前沿 4 国外激光加工技术的发展和应用 5 可一次加工出孔和衬套的无屑热熔钻削技 精度 1 高精度齿轮数控滚齿的工艺措施
工艺系统热变形对加工精度的影响
来源:数控机床网 作者:数控车床 栏目:行业动态 一、概述 在机械加工过程中，工艺系统在各种热源的影响下，常产生复杂的变形，破坏了工艺系统间的相对位置精度，造成了加工误差。 据统计，在某些精密加工中，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的 40％～ 70％。热变形不仅降低了系统的加工精度，而且还影响了加工效率的提高。 （一）工艺系统的热源 引起工艺系统热变形的热源大致可分为两类：内部热源和外部热源。 内部热源包括切削热和摩擦热；外部热源包括环境温度和辐射热。切削热和摩擦热是工艺系统的主要热源。 （二）工艺系统的热平衡 工艺系统受各种热源的影响，其温度会逐渐升高。与此同时，它们也通过各种传热方式向周围散发热量。当单位时间内传入和散 发的热量相等时，则认为工艺系统达到了热平衡。图 4— 23所示为一般机床工作时的温度和时间曲线，由图可知，机床开动后温度缓慢升高，经过一段时间温度升至 T衡便趋于稳定。由开始升温至 T衡的这一段时间，称为预热阶段。当机床温度达到稳定值后，则被认为处于热平衡阶段，此时温度场处于稳定，其热变形也就趋了 稳定。处于稳定温度场时引起的加工误差是有规律的，因此，精密及大型工件应在工艺系统达到热平衡后进行加工。 二、机床热变形引起的加工误差 机床受热源的影响，各部分温度将发生变化，由于热源分布的不均匀和机床结构的复杂性，机床各部件将发生不同程度的热变形 ，破坏了机床原有的几何精度，从而引起了加工误差。 车床类机床的主要热源是主轴箱中的轴承、齿轮、离合器等传动副的摩擦使主轴箱和床身的温度上升，从而造成了机床主轴抬高 和倾斜。图 4— 24所示为一台车床在空转时，主轴温升与位移的测量结果。主轴在水平方向的位移只有 lOμ m，而垂直方向的位移却达到 180～ 200μ m。这对于刀具水平安装的卧式车床的加工精度影响较小，但对于刀具垂直安装的自动车床和转塔车床来说，对加工精度的影响就不 容忽视了。 对大型机床如导轨磨床、外圆磨床、龙门铣床等长床身部件，其温差的影响也是很显著的。一般由于温度分层变化，床身上表面 比床身的底面温度高而形成温差，因此床身将产生弯曲变形，表面呈中凸状如图 4-25所示。 假设床身长 L= 3120mm，高 H= 620mm，温差Δ t= 1 ℃ ，铸铁线膨胀系数a=11× 10 -6，床身的变形量为 Δ =aΔ tL 2/8H=11× 10 -6× 1×（ 3120） 2 /8× 620= 0.022 mm 这样 ,床身导轨的直线性明显受到影响。另外立柱和溜板也因床身的热变形而产生相应的位置变化（见图 4-25）。 图 4-26所示为几种机床热变形的趋势。 三、工件热变形引起的加工误差 轴类零件在车削或磨削时，一般是均匀受热，温度逐渐升高，其直径也逐渐胀大，胀大部分将被刀具切去，待工件冷却后则形成 圆柱度和直径尺寸的误差。 细长轴在顶尖间车削时，热变形将使工件伸长，导致工件的弯曲变形，加工后将产生圆柱度误差。 精密丝杠磨削时，工件的受热伸长会引起螺距的积累误差。例如磨削长度为 3000mm的丝杠，每一次走刀温度将升高 3℃，工件热伸长量为Δ＝ 3000× 12× lO -6 × 3＝ O .1mm(12× lO -6为钢材的热膨胀系数 )。而 6级丝杠螺距积累误差，按规定在全长上不许超过 0.02mm，可见受热变形对加工精度影响的严重性。 床身导轨面的磨削，由于单面受热，与底面产生温差而引起热变形，使磨出的导轨产生直线度误差。 薄圆环磨削，如图 4-27所示，虽近似均匀受热，但磨削时磨削热量大，工件质量小，温升高，在夹压处散热条件较好，该处温度较其他部分低，加工完 毕工件冷却后，会出现棱圆形的圆度误差。 当粗精加工时间间隔较短时，粗加工时的热变形将影响到精加工，工件冷却后将产生加工误差。例如在一台三工位的组合机床上 ，通过钻 -扩 -铰孔三工位顺序加工套件。工件的尺寸为：外径Φ 440mm，长 40mm，铰孔后内径Φ 20H7，材料为钢材。钻孔时切削用量为： n＝ 3l 0r／ min， f＝ 0.36mm /r。钻孔后温升竟达 107℃，接着扩孔和铰孔。当工件冷却后孔的收缩量已超过精度规定值。因此，在这种情况下，一定要采取冷却措施，否则将出现废 品。 应当指出，在加工铜、铝等线膨胀系数较大的有色金属时，其热变形尤其明显，必须引起足够的重视。 四、刀具热变形引起的加工误差 切削热虽然大部分被切屑带走或传入工件，传到刀具上的热量不多，但因刀具切削部分质量小 (体积小 )，热容量小，所以刀具切削部的温升大。例如用高速钢刀具车削时，刃部的温度高达 700～ 800℃，刀具热伸长量可达 O.03～ O .05mm。因此对加工精度的影响不容忽略。图 4-28所示为车削时车刀的热变形与切削时间的关系曲线。当车刀连续车削时，车刀变形情况如曲线 l，经过约 l0～ 20min即 f达到热平衡，此时车刀变形的影很小；当车刀停止切削后，车刀冷却变形过程如曲线 3；当车削一批短小轴类零件时，加工由于需要装卸工件而时断时续，车刀进行间断切削，热变形在 A范围内变动，其变形过程如曲线 2。 五、减少工艺系统热变形的主要途径 ( 一 )减少发热和隔热 切削中内部热源是机床产生热变形的主要根源。为了减少机床的发热，在新的机床产品中凡是能从主机上分离出去的热源，一般 都有分离出去的趋势。如电动机、齿轮箱、液压装置和油箱等已有不少分离出去的实例。对于不能分离出去的热源，如主轴轴承、丝 杠副、高速运动的导轨副、摩擦离合器等，可从结构和润滑等方面改善其摩擦特性，减少发热，例如采用静压轴承、静压导轨、低粘 度润滑油、锂基润滑脂等。也可以用隔热材料将发热部件和机床大件分隔开来，如图 4-29所示为在磨床砂轮架 3和滑座 6之间加入隔热垫 5，使砂轮架上的热传不到滑座中；在快进油缸 7的活塞杆与进给丝杠副 9之间使用隔热联轴器 8，以防进给油缸中油温的变化影响丝杠。 ( 二 )、加强散热能力 为了消除机床内部热源的影响，可以采用强制冷却的办法，吸收热源发出的热量，从而控制机床的温升和热变形，这是近年来使用较 多的一种方法。图 4-30所示为一台坐标镗床采用强制冷却的试验结果。曲线 l为没有采用强制冷却时的情况，机床运行 6h后，主轴中心线到工作台的距离产生了 190μm(垂直方向 )的热变形，且尚未达到热平衡。曲线 2为采用了强制冷却后，上述热变形减少到 15μm，且在不到 2h内机床就达到了热平衡，可见强制冷却的效果是非常显著的。 目前，大型数控床机、加工中心机床都普遍使用冷冻机对润滑油和切削液进行强制冷却，以提高冷却的效果。 ( 三 )用热补偿法减少热变形的影响 单纯的减少温升有时不能收到满意的效果，可采用热补偿法使机床的温度场比较均匀，从而使机床产生均勾的热变形以减少对加 工精度的影响。图