06第六讲 工艺系统刚度

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1、1机械制造工艺过程第六讲21刚度的概念、工艺系统刚度的计算2工艺系统刚度对加工精度的影响（1）切削力作用点位置（机床的变形、工件的变形）（2）切削力大小（3）夹紧力和重力（4）传动力和惯性力3机床部件刚度4相关措施5工件残余应力本次课程目标3切削加工时，工艺系统在切削力、加紧力以及重力等的作用下，将产生相应的变形，使刀具和工件在静态下调整好的相互位置，以及切削成形运动所需要的正确几何关系发生变化，而造成加工误差。例如车削细长轴时，工件在切削力的作用下会发生变形，使加工出的轴出现中间粗两头细的情况。刚度的概念4刚度的概念在内圆磨床上以横向切入法磨孔时，由于内圆磨头主轴弯曲变形，磨出的孔会出

2、现圆柱度误差。（一）工艺系统的静刚度5刚度的概念6工艺系统刚度的计算7（一）切削力作用点位置变化引起工件的形状误差1、机床的变形（在两顶尖间车削短而粗的光轴）图：工艺系统刚度对加工精度的影响工艺系统刚度对加工精度的影响9工艺系统刚度对加工精度的影响例题分析10在车床的两顶尖间加工短而粗的光轴外圆时（工件的刚度相对于机床刚度大得多），若已知Fy=100N,Ktj=100000N/mm,Kwz=50000N/mm,试求由于机床刚度不均匀引起的加工表面的形状误差为多少？11参考答案12参考答案工件的变形（车削细长轴）13图：不考虑机床和刀具的变形，由材料力学公式计算工件在切削点的变形量；14工

3、件的变形（车削细长轴）工艺系统的总变形15工艺系统的总变形16切削力大小变化引起的加工误差1718误差复映19误差复映20误差复映夹紧力和重力引起的加工误差2122夹紧力和重力引起的加工误差23夹紧力和重力引起的加工误差24夹紧力和重力引起的加工误差25夹紧力和重力引起的加工误差传动力和惯性力对加工精度的影响1传动力影响（见下页图）整个工件在空间作圆锥运动：固定的后顶尖为其锥角顶点，前顶尖带着工件在工件画出一个圆。和主轴圆锥摆动一样，正圆柱，并不产生加工误差。2627传动力和惯性力对加工精度的影响282惯性力的影响高速切削－－不平衡的高速旋转构件－－离心力存在－－轴线作圆锥摆动－－理论上

4、无圆柱误差，但是，离心力大于切削力－－轴径和轴套内孔的接触点不停变化－－轴套孔圆度误差传给工件的回转轴心。周期性的惯性力还常常引起工艺系统的强迫振动。解决办法：对重平衡（一）机床静刚度的测定图：车床刀架的静刚度特性曲线１、静态测定法2、工作状态测定法29机床部件刚度30图：机床部件刚度1变形与作用力不是线性关系；刀架变形不纯粹是弹性变形2加载与御载曲线不重合；有能量损失，克服摩擦和接触变形所作的功3御载后曲线不回到原点；有残留变形4部件的实际刚度远比按实体所估算的小。31机床部件的刚度曲线特点工作状态测定法3233不足：1无完整的刚度特性曲线2材料的不均匀等带来的切削力变化，切削过程中的

5、其他随机性因素，都会给测定的刚度值带来误差。1、连接表面间的接触变形２、薄弱零件本身的变形３、摩擦力的影响４、接合面的间隙34影响部件刚度的主要因素35影响部件刚度的主要因素36影响部件刚度的主要因素37２、薄弱零件本身的变形影响部件刚度的主要因素38３、摩擦力的影响机床部件受力变形－－零件间连接表面发生错动－－加载时摩擦力阻碍变形的发生－－御载时摩擦力阻碍变形的恢复－－造成加载御载刚度曲线不重合。影响部件刚度的主要因素39４、接合面的间隙部件中各零件间如果有间隙－－受到较小的力（克服摩擦力）就会使零件相互错动－－表现为刚度很低。间隙消除后－－相应表面接触－－开始有接触变形和弹性变形－－

6、表现为刚度很大。单项载荷，第一次加载消除间隙后对加工精度的影响较小；动作载荷不断改变方向（镗、铣），间隙的影响大。影响部件刚度的主要因素减小工艺系统受力变形的措施（一）提高工艺系统的刚度（二）减小载荷及其变化40减小工艺系统受力变形的措施41（一）提高工艺系统的刚度1合理的结构设计2提高连接表面的接触刚度（1）提高机床部件中零件间接合表面的质量（2）给机床部件以预加载荷（3）提高工件定位基准面的精度和减小表面粗糙度值3采用合理的装夹和加工方式42减小工艺系统受力变形的措施（二）减小载荷及其变化合理选择刀具几何参数、切削用量以减小切削力，减少受力变形。毛坯分组，一次调整中加工的毛坯余量比较

7、均匀，较小切削力的变化，减小复映误差。43残余应力也称内应力，是指在没有外力作用下或除去外力后工件内存留的应力。具有残余应力的零件处于一种不稳定的状态。它内部的组织有强烈的倾向要恢复到一个稳定的没有应力的状态。即使在常温下，零件也会不断地缓慢地进行这种变化，直到残余应力完全松弛为止。在这一过程中，零件将会翘曲变形，原有的加工精度会逐渐丧失。残余应力是由于金属内部相邻组织发生不均匀的体积变化而产生的，促成这种变化的主要因素来自冷、热