工艺系统的热变形误差

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1、机制教研室第十四章机械加工精度机械制造技术第十四章机械加工精度第四节工艺系统的热变形误差机床热变形引起的加工误差一工件热变形所引起的加工误差二一本节教学内容第四节工艺系统的热变形误差三刀具热变形所引起的加工误差四减小热变形的主要措施本节教学要求：掌握工艺系统的热变形对的加工误差的影响及减少和控制工艺系统热变形的主要途径。本节教学要求第四节工艺系统的热变形误差本节教学重点：减小工艺系统热变形的措施。本节教学重点第四节工艺系统的热变形误差第四节工艺系统的热变形误差机械加工过程中，工艺系统在各种热源的影响下，

2、产生复杂的变形，破坏了工件与刀具相对位置和相对运动的准确性，引起加工误差。据统计，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的40%~70%。工艺系统的热变形不仅严重地影响加工精度，而且还影响加工效率的提高。第四节工艺系统的热变形误差工艺系统热源内部热源外部热源切削热摩擦热环境热辐射热电机、轴承、齿轮、油泵等工件、刀具、切屑、切削液气温、室温变化、热、冷风等日光、照明、暖气、体温等机床热变形引起的加工误差一、机床热变形引起的加工误差由于机床结构形式和工作条件不同，引起机床热变形的热源和变形形式也不相同。机床

3、热变形引起的加工误差车床热变形引起的加工误差车床主轴箱的温升导致主轴线抬高，主轴前轴承的温升高于后轴承又使主轴倾斜，主轴箱的热量经油池传到床身，导致床身中凸，更促使主轴线向上倾斜，最终导致主轴回转轴线与导轨的平行度误差，使加工后的零件产生圆柱度误差。机床热变形引起的加工误差铣床热变形引起的加工误差万能铣床的热源也是主传动系统，由于左箱壁温度高也导致主轴线升高并倾斜。机床热变形引起的加工误差平面磨床热变形引起的加工误差机床热变形引起的加工误差双端面磨床热变形引起的加工误差机床热变形引起的加工误差导轨磨床热

4、变形导轨磨床热变形引起的加工误差导轨磨床床身导轨面与床身底面温差1℃时，其弯曲变形量可达0.22mm。刀具热变形引起的加工误差刀具热变形的热源是切削热。传给刀具的切削热虽然很少，但刀具质量小，热容量小，所以仍会有很高的温升，引起刀具的热伸长而产生加工误差。二、刀具热变形引起的加工误差A—连续切削变形曲线C—断续切削变形曲线B—刀具冷却变形曲线车刀的热变形曲线刀具热变形引起的加工误差车刀的热变形曲线A—连续切削变形曲线车刀热伸长将使加工后的工件产生圆柱度误差或端面的平面度误差。连续车削时，车刀的热变形情况

5、如曲线A，刀具受热伸长在切削初始阶段变化很快，随后比较缓慢，经过约10～20min，便可达到热平衡状态，车刀不再伸长。刀具热变形引起的加工误差车刀的热变形曲线B—刀具冷却变形曲线当车刀停止车削后，刀具冷却变形过程如曲线B。刀具热变形引起的加工误差车刀的热变形曲线C—断续切削变形曲线当车削一批短小轴类工件时，加工时断时续（如装卸工件）间断切削，变形过程如曲线C。在开始切削阶段，刀具热变形较显著，对加工精度影响较大，当达到热平衡后，其热变形趋于稳定，对加工精度的影响就不明显。刀具热变形引起的加工误差车刀的热

6、变形曲线C—断续切削变形曲线对每一个工件来说，产生的形状误差是较小的；对一批工件来说，在刀具未达到热平衡时，加工出的一批工件尺寸有一定的误差。工件热变形引起的加工误差工件热变形的热源主要是切削热，对有些大型件、精密件，环境温度也有很大的影响。传入工件的热量越多、工件的质量越小则热变形越大。1.工件均匀受热车镗轴套类零件圆柱面，长度及径向受热变形。若在受热时测量达到规定尺寸，冷却后尺寸变小，可能出现尺寸超差。三、工件热变形引起的加工误差工件热变形引起的加工误差1.工件均匀受热对于一些形状简单、结构对称的零

7、件，如轴、套筒等，加工时切削热能较均匀地传入工件，工件热变形量可按下式估算式中α——工件材料的热膨胀系数（1/℃）；L——工件在热变形方向的尺寸（mm）；△t——工件温升（℃）。在较长轴类零件外圆的车削或磨削加工中，开始切削时，工件温升为零，随着切削的进行，工件温度逐渐升高而使直径逐渐增大，增大的量被刀具切除，当工件冷却后形成锥度误差。工件热变形引起的加工误差当对工件进行刨、铣、磨等平面加工时，工件单面受热，上下平面间产生温差，导致工件向上凸起，中间切去的材料较多，冷却后加工表面下凹，使工件产生平面度误

8、差。这种现象对于加工薄片类零件尤为突出。其变形量δ可用下式计算：2.工件不均匀受热式中α——工件材料的热膨胀系数（1/℃）；L——工件长度（mm）；△t——工件上下表面的温差（℃）。H——工件厚度（mm）。工件热变形引起的加工误差工件热变形减小热变形的主要措施四、减小热变形的主要措施1.减少发热和隔热（1）减少切削热通过合理选择切削用量和正确选择刀具几何参数减少切削热。当零件精度要求较高时，还应注意将粗精加工分开进行。（2）减少机床各运动副