工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響.ppt

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1、專(zhuān)題4工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響及誤差統(tǒng)計(jì)分析目錄一、概述二、工件熱變形對(duì)加工精度的影響三、刀具熱變形對(duì)加工精度的影響四、機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響五、減少工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度影響的措施六、誤差統(tǒng)計(jì)分析附錄：誤差分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)一、概論概念工藝系統(tǒng)的熱源工藝系統(tǒng)的熱平衡和溫度場(chǎng)1、概念：在機(jī)械加工過(guò)程中，工藝系統(tǒng)會(huì)受到各種熱的影響而產(chǎn)生變形，一般稱(chēng)為熱變形。這種變形將破壞刀具與工件的正確幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，造成工件的加工誤差。熱變形對(duì)加工精度影響比較大，特別是在精密加工和大件加工中，熱變形所引起的加工誤差通常會(huì)占到工件加工

2、總誤差的40％～70％。一、概論*****工藝系統(tǒng)熱變形不僅影響加工精度，而且還影響加工效率因?yàn)闉闇p少受熱變形對(duì)加工精度的影響，通常需要：預(yù)熱機(jī)床以獲得熱平衡；或降低切削用量以減少切削熱和摩擦熱；或粗加工后停機(jī)以待熱量散發(fā)后再進(jìn)行精加工；或增加工序（使粗、精加工分開(kāi)）等等。目前，無(wú)論在理論上還是在實(shí)踐上都有許多問(wèn)題尚待研究解決。一、概論2、工藝系統(tǒng)的熱源熱的傳遞方式熱總是由高溫處向低溫處傳遞的。熱的傳遞方式有三種：傳導(dǎo)對(duì)流輻射一、概論一、概論熱傳導(dǎo)一、概論熱對(duì)流一、概論熱輻射引起工藝系統(tǒng)變形的熱源可分為:內(nèi)部熱源主要指切削熱和摩擦熱，它

3、們產(chǎn)生于工藝系統(tǒng)內(nèi)部，其熱量主要是以熱傳導(dǎo)的形式傳遞的。外部熱源主要是指工藝系統(tǒng)外部的、以對(duì)流傳熱為主要形式的環(huán)境溫度（它與氣溫變化、通風(fēng)、空氣對(duì)流和周?chē)h(huán)境等有關(guān)）和各種輻射熱（包括由陽(yáng)光、照明、暖氣設(shè)備等發(fā)出的輻射熱）。一、概論內(nèi)部熱源:切削熱切削熱是切削加工過(guò)程中最主要的熱源對(duì)工件加工精度的影響最為直接在切削（磨削）過(guò)程中，消耗于切削層的彈、塑性變形能及刀具、工件和切屑之間摩擦的機(jī)械能，絕大部分都轉(zhuǎn)變成了切削熱。一、概論影響切削熱傳導(dǎo)的因素切削熱Q（J）的大小計(jì)算式中Pz--主切削力（N）v--切削速度（m／min）t--切削時(shí)間

4、（min）影響切削熱傳導(dǎo)的主要因素：工件、刀具、夾具、機(jī)床等的材料的導(dǎo)熱性能，以及周?chē)橘|(zhì)的情況。若工件材料熱導(dǎo)率大，則由切屑和工件傳導(dǎo)的切削熱較多；若刀具材料熱導(dǎo)率大，則從刀具傳出的切削熱也會(huì)較多。各類(lèi)切削加工方法熱傳導(dǎo)情況車(chē)削，切屑所帶走的熱量最多，可達(dá)50％～80％（切削速度越高，切屑帶走熱量占總切削熱百分比就越大），傳給工件熱量次之（約30％），傳給刀具的熱量很少，一般不超過(guò)5％銑、刨削加工，傳給工件熱量在總切削熱的30％以下鉆削和臥式鏜孔，大量的切屑滯留在孔中，傳給工件的熱量就比車(chē)削時(shí)要高磨削時(shí)磨屑小，帶走的熱量也少（約為4％

5、），大部分熱量（84％左右）傳入工件，使磨削表面的溫度高達(dá)800～1000℃左右，磨削熱既影響工件的加工精度，又影響工件的表面質(zhì)量。內(nèi)部熱源:摩擦熱工藝系統(tǒng)中的摩擦熱，主要是機(jī)床和液壓系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的，如電動(dòng)機(jī)、軸承、齒輪、絲杠副、導(dǎo)軌副、離合器、液壓泵、閥等各運(yùn)動(dòng)部分產(chǎn)生的摩擦熱。摩擦熱比切削熱少，但摩擦熱在工藝系統(tǒng)中是局部發(fā)熱，引起局部溫升和變形，破壞了系統(tǒng)原有的幾何精度，對(duì)加工精度也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重影響。一、概論外部熱源如：需要晝夜連續(xù)加工時(shí)，晝夜溫度不同，引起工藝系統(tǒng)的熱變形就不一樣，從而影響了加工精度照明燈光、加熱器等對(duì)機(jī)床的熱

6、輻射，往往是局部的，日光對(duì)機(jī)床的照射不僅是局部的，而且不同時(shí)間的輻射熱量和照射位置也不同，因而會(huì)引起機(jī)床各部分不同的溫升和變形，這在大型、精密加工時(shí)尤其不能忽視。一、概論3、工藝系統(tǒng)的熱平衡和溫度場(chǎng)一、概論工藝系統(tǒng)受各種熱源的影響，其溫度會(huì)逐漸升高。同時(shí)，它們也通過(guò)各種傳熱方式向周?chē)l(fā)熱量。熱平衡當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)傳入和散發(fā)的熱量相等時(shí)，工藝系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。而工藝系統(tǒng)的熱變形也就達(dá)到某種程度的穩(wěn)定。一、概論溫度場(chǎng)穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)熱平衡物體中各點(diǎn)的溫度分布稱(chēng)為溫度場(chǎng),T=f(x,y,z,t)當(dāng)物體未達(dá)熱平衡時(shí)，各點(diǎn)溫度不僅是坐標(biāo)位置的函數(shù)，也

7、是時(shí)間的函數(shù)。這種溫度場(chǎng)稱(chēng)為不穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)物體達(dá)到熱平衡后，各點(diǎn)溫度將不再隨時(shí)間而變化，只是其坐標(biāo)位置的函數(shù)。這種溫度場(chǎng)稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)不穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)一、概論機(jī)床在開(kāi)始工作的一段時(shí)間內(nèi)，其溫度場(chǎng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，其精度也是很不穩(wěn)定的，工作一定時(shí)間后，溫度才逐漸趨于穩(wěn)定，其精度也比較穩(wěn)定。因此，精密加工應(yīng)在熱平衡狀態(tài)下進(jìn)行。在生產(chǎn)中，必須注意:二、工件熱變形對(duì)加工的影響（一）概述（二）工件比較均勻受熱（三）工件不均勻受熱（一）概述在工藝系統(tǒng)熱變形中，機(jī)床熱變形最為復(fù)雜，工件、刀具的熱變形相對(duì)來(lái)說(shuō)要簡(jiǎn)單一些使工件產(chǎn)生熱變形的熱源，主要是切削熱。對(duì)于

8、精密零件，周?chē)h(huán)境溫度和局部受到日光等外部熱源的輻射熱也不容忽視。二、工件熱變形對(duì)加工的影響二、工件熱變形對(duì)加工的影響(二)工件均勻受熱對(duì)于一些形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng)的零件，如軸、套筒等，加工時(shí)（如車(chē)削、磨削）切削