机械工艺课件--§5-5 工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制

第18次课教学课型：理论课试分析产生题图2-4所示误差的原因，并分析可采取哪些措施来解决？如题图2-11所示加工中，使用固定顶尖的目的是什么？引起圆度和锥度误差的原因有哪些？试分析车削、磨削相同尺寸或精度的内外圆柱面时，内孔表面所需的进给次数多于外圆表面的原因。试分析如题图2-14所示卧铣键槽时，两端槽深大于中间，且均小于调整深度的原因。工艺系统刚度曲线有什么特点？上次课内容复习§5-1概述§5-2加工精度的获得方法§5-3工艺系统的几何精度对加工精度的影响及其控制§5-4工艺系统的受力变形对加工精度的影响及其控制§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制§5-6加工误差的统计分析§5-7保证和提高加工精度的主要途径第18次课教学课型：理论课第五章机械加工精度第五章机械加工精度§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制第18次课教学课型：理论课工艺系统的热源工艺系统热变形及对加工精度的影响减少工艺系统热变形的主要措施产生热变形的原因：加工过程中，由于各种热源的存在而引起的。第五章机械加工精度1.内部热源摩擦热：由于机床各运动副相对运动时的摩擦力而形成。由此将导致机床各有关零、部件的温度升高，其温升程度因其相对于热源的位置不同而有所区别。注意：同一零件各处的温升可能不同。转化热：由机床动力源的能量消耗部分地转化而来。切、磨削热：切、磨削加工中，由消耗于弹、塑性变形及刀具与工件、切屑之间摩擦的能量转化（大部分）而来。该热量将因不同的加工方法，以不同的比例传给工件、刀具和切屑。§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制第18次课教学课型：理论课一、工艺系统的热源第五章机械加工精度§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制车削及铣、刨削时热量分配与切削速度之间的关系：一般情况下，传给切屑、工件、刀具的热量比例为65:30:5，高速切削时为89:10:1。第18次课教学课型：理论课1.内部热源一、工艺系统的热源第五章机械加工精度§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制钻、镗削时，由于切屑的滞留传入工件的热量达50%以上。第18次课教学课型：理论课磨削时，热量的分配比例为4:84:12，故工件磨削区的温度高达800~1000℃，对精度和表面质量影响较大。另外，冷却液和切屑吸收热量后散落到各处而形成“次生热源”。1.内部热源一、工艺系统的热源第五章机械加工精度环境温度：加工中，周围环境的温度随气温变化、昼夜温差、气流、热风等变化而引起工艺系统的温度变化。大型精密工件的影响较明显。辐射热：阳光、照明、取暖设施等产生的辐射热引起工艺系统的温度改变。§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制第18次课教学课型：理论课2.外部热源一、工艺系统的热源第五章机械加工精度§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制第18次课教学课型：理论课工艺系统的热源工艺系统热变形及对加工精度的影响减少工艺系统热变形的主要措施第五章机械加工精度1.工件§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制当切、磨削热传给工件后，将引起热工件变形而造成加工误差。外部热源引起的热变形一般可不予考虑，但对于大型、精密零件则不可忽视，特别是有色金属。第18次课教学课型：理论课二、工艺系统热变形及对加工精度的影响第五章机械加工精度§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制⑴均匀受热车、磨削外圆时，工件四周均匀受热，故只产生长度和直径的增大，其误差可按下式估算：第18次课教学课型：理论课ΔL=a1·L·ΔtΔD=a1·D·Δt式中ΔL/ΔD—工件的热伸长/直径增大量（加工误差）a1—线膨胀系数L/D—工件原有长度/直径Δt—平均温升二、工艺系统热变形及对加工精度的影响1.工件第五章机械加工精度§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制粗加工、盘类零件及要求不高杆件的轴向伸长可不考虑。第18次课教学课型：理论课用固定顶尖装夹工件时，切削细长轴时会弯曲甚至导致切削不稳（失稳）。加工精密丝杠时，热伸长将引起螺距的累积误差。二、工艺系统热变形及对加工精度的影响1.工件⑴均匀受热第五章机械加工精度§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制铣、刨及磨削平面时，工件因单面受热而翘曲。第18次课教学课型：理论课其热变形挠度△x可作近似计算：二、工艺系统热变形及对加工精度的影响1.工件⑵非均匀受热由于(R+s)ø-Rø=α1L△t82sin2LLΔxsΔtLΔx821所以φ/4øLs第五章机械加工精度§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制机械加工中，尽管传入刀具的热量不多，但由于刀具的体积和热容量小，故其温升较大，造成的加工误差不应忽视。第18次课教学课型：理论课二、工艺系统热变形及对加工精度的影响2.刀具第五章机械加工精度§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制二、工艺系统热变形及对加工精度的影响加工开始后，由于内、外部热源的影响，机床温度会逐步升高。而机床各零、部件的热源和尺寸、形状都不相同，其温升也不相同，从而造成机床各部件的相互位置和相对运动发生变化，破坏了机床原有的精度，由此造成工件的加工误差。运转一段时间后，各部件传入的热量与散失的热量接近或相等时，温度不再继续上升，这就达到了热平衡状态。因此，精密加工应在机床达到热平衡之后进行。第18次课教学课型：理论课3.机床第五章机械加工精度§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制第18次课教学课型：理论课二、工艺系统热变形及对加工精度的影响3.机床第五章机械加工精度§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制第18次课教学课型：理论课二、工艺系统热变形及对加工精度的影响3.机床第五章机械加工精度§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制第18次课教学课型：理论课工艺系统的热源工艺系统热变形及对加工精度的影响减少工艺系统热变形的主要措施第五章机械加工精度§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制减少热量的产生及其影响：减少工艺系统的热源或发热量及其影响，即可达到减少热变形之目的；加强散热能力：如给需要冷却的部位供给充足的冷却液；采用强制冷却（冷冻机对润滑油降温）等；控制温度变化，均衡温度场：热变形影响中的主要问题在于温度变化不定，若能保持其稳定，则所产生的常值系统误差容易得到补偿；第18次课教学课型：理论课三、减少工艺系统热变形的主要措施第五章机械加工精度§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制采取补偿措施：若热变形不可避免，可采取补偿措施来消除其影响，当然首先要掌握其热变形规律；第18次课教学课型：理论课三、减少工艺系统热变形的主要措施双端面磨床主轴热补偿1.主轴2.壳体3.过渡套筒热伸长方向第五章机械加工精度§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制改进机床结构：这是减少热变形的一个主要措施。如注意结构的对称性、采用双立柱结构等。第18次课教学课型：理论课三、减少工艺系统热变形的主要措施§5-1概述§5-2加工精度的获得方法§5-3工艺系统的几何精度对加工精度的影响及其控制§5-4工艺系统的受力变形对加工精度的影响及其控制§5-5工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制§5-6加工误差的统计分析§5-7保证和提高加工精度的主要途径第18次课教学课型：理论课第五章机械加工精度加工误差的性质分布图分析法点图分析法第五章机械加工精度§5-6加工误差的统计分析第18次课教学课型：理论课加工误差系统误差：随机误差：在相同工艺条件下，加工一批零件时产生的大小和方向不变或按加工顺序作有规律变化的加工误差。前者称为常值系统误差，后者称为变值系统误差。↗↘在相同工艺条件下，加工一批零件时产生的大小和方向不同，且无变化规律的加工误差。第18次课教学课型：理论课§5-6加工误差的统计分析分析目的：区分两类误差，分别确定系统性误差的数值和随机性误差的范围，找出主要因素，采取相应措施以提高加工精度。第五章机械加工精度一、加工误差的性质第五章机械加工精度二、分布图分析法§5-6加工误差的统计分析方法：以现场观察和实际测量所得的数据为基础，应用概率统计原理，在一定条件下，确定一批零件加工总误差的大小及其分布情况。适用范围：调整法加工的成批、大量生产中。第18次课教学课型：理论课第五章机械加工精度二、分布图分析法§5-6加工误差的统计分析1.直方图第18次课教学课型：理论课直方图：以工件尺寸（或误差）为横坐标，频数或频率为纵坐标，作出的一批工件加工尺寸（或误差）的分布图。画直方图一般步骤：采集数据、确定相差参数、计算、画图。第五章机械加工精度二、分布图分析法§5-6加工误差的统计分析1.直方图第18次课教学课型：理论课成批加工中，抽取一定数量的工件n进行测量，件数n称为样本容量。一般取n=50~200。实际加工中，尺寸或偏差总是在一定范围内变动，其变动范围用x表示，尺寸或偏差的极限值之差称为极差R，即R=xmax-xmin。⑴采集数据第五章机械加工精度二、分布图分析法§5-6加工误差的统计分析1.直方图第18次课教学课型：理论课⑵确定相关参数组数k和组距d：按表2-2初选k′，计算得d′=R/(k′-1)后圆整，即d′→d。确定k：k=R/d+1。组界：xmin+(j-1)±d/2(j=1，2，3，…，k)。组中值：xmin+(j-1)d。频数mi和频率fi：fi=mi/n。第五章机械加工精度二、分布图分析法§5-6加工误差的统计分析1.直方图第18次课教学课型：理论课⑶计算平均值：x标准差S：niixnx11niiniixxnxxnS1212)(1)(11频率密度fm：fm=fi/d=mi/(n·d)第五章机械加工精度二、分布图分析法§5-6加工误差的统计分析1.直方图第18次课教学课型：理论课⑷画图-14.5-8.55-3.5xfi（频率）（偏差值）（平均偏差）-15-10-5（公差带中心）（公差带下限）（公差带上限）思考题：2-9第五章机械加工精度第18次课教学课型：理论课