工艺系统热变形对加工精度的影响.ppt

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1、专题4工艺系统热变形对加工精度的影响及误差统计分析目录一、概述二、工件热变形对加工精度的影响三、刀具热变形对加工精度的影响四、机床热变形对加工精度的影响五、减少工艺系统热变形对加工精度影响的措施六、误差统计分析附录：误差分析的MATLAB实现一、概论概念工艺系统的热源工艺系统的热平衡和温度场1、概念：在机械加工过程中，工艺系统会受到各种热的影响而产生变形，一般称为热变形。这种变形将破坏刀具与工件的正确几何关系和运动关系，造成工件的加工误差。热变形对加工精度影响比较大，特别是在精密加工和大件加工中，热变形所引起的加工误差通常会占到工件加工

2、总误差的40％～70％。一、概论*****工艺系统热变形不仅影响加工精度，而且还影响加工效率因为为减少受热变形对加工精度的影响，通常需要：预热机床以获得热平衡；或降低切削用量以减少切削热和摩擦热；或粗加工后停机以待热量散发后再进行精加工；或增加工序（使粗、精加工分开）等等。目前，无论在理论上还是在实践上都有许多问题尚待研究解决。一、概论2、工艺系统的热源热的传递方式热总是由高温处向低温处传递的。热的传递方式有三种：传导对流辐射一、概论一、概论热传导一、概论热对流一、概论热辐射引起工艺系统变形的热源可分为:内部热源主要指切削热和摩擦热，它

3、们产生于工艺系统内部，其热量主要是以热传导的形式传递的。外部热源主要是指工艺系统外部的、以对流传热为主要形式的环境温度（它与气温变化、通风、空气对流和周围环境等有关）和各种辐射热（包括由阳光、照明、暖气设备等发出的辐射热）。一、概论内部热源:切削热切削热是切削加工过程中最主要的热源对工件加工精度的影响最为直接在切削（磨削）过程中，消耗于切削层的弹、塑性变形能及刀具、工件和切屑之间摩擦的机械能，绝大部分都转变成了切削热。一、概论影响切削热传导的因素切削热Q（J）的大小计算式中Pz--主切削力（N）v--切削速度（m／min）t--切削时间

4、（min）影响切削热传导的主要因素：工件、刀具、夹具、机床等的材料的导热性能，以及周围介质的情况。若工件材料热导率大，则由切屑和工件传导的切削热较多；若刀具材料热导率大，则从刀具传出的切削热也会较多。各类切削加工方法热传导情况车削，切屑所带走的热量最多，可达50％～80％（切削速度越高，切屑带走热量占总切削热百分比就越大），传给工件热量次之（约30％），传给刀具的热量很少，一般不超过5％铣、刨削加工，传给工件热量在总切削热的30％以下钻削和卧式镗孔，大量的切屑滞留在孔中，传给工件的热量就比车削时要高磨削时磨屑小，带走的热量也少（约为4％

5、），大部分热量（84％左右）传入工件，使磨削表面的温度高达800～1000℃左右，磨削热既影响工件的加工精度，又影响工件的表面质量。内部热源:摩擦热工艺系统中的摩擦热，主要是机床和液压系统中运动部件产生的，如电动机、轴承、齿轮、丝杠副、导轨副、离合器、液压泵、阀等各运动部分产生的摩擦热。摩擦热比切削热少，但摩擦热在工艺系统中是局部发热，引起局部温升和变形，破坏了系统原有的几何精度，对加工精度也会带来严重影响。一、概论外部热源如：需要昼夜连续加工时，昼夜温度不同，引起工艺系统的热变形就不一样，从而影响了加工精度照明灯光、加热器等对机床的热

6、辐射，往往是局部的，日光对机床的照射不仅是局部的，而且不同时间的辐射热量和照射位置也不同，因而会引起机床各部分不同的温升和变形，这在大型、精密加工时尤其不能忽视。一、概论3、工艺系统的热平衡和温度场一、概论工艺系统受各种热源的影响，其温度会逐渐升高。同时，它们也通过各种传热方式向周围散发热量。热平衡当单位时间内传入和散发的热量相等时，工艺系统达到了热平衡状态。而工艺系统的热变形也就达到某种程度的稳定。一、概论温度场稳态温度场热平衡物体中各点的温度分布称为温度场,T=f(x,y,z,t)当物体未达热平衡时，各点温度不仅是坐标位置的函数，也

7、是时间的函数。这种温度场称为不稳态温度场物体达到热平衡后，各点温度将不再随时间而变化，只是其坐标位置的函数。这种温度场称为稳态温度场不稳态温度场一、概论机床在开始工作的一段时间内，其温度场处于不稳定状态，其精度也是很不稳定的，工作一定时间后，温度才逐渐趋于稳定，其精度也比较稳定。因此，精密加工应在热平衡状态下进行。在生产中，必须注意:二、工件热变形对加工的影响（一）概述（二）工件比较均匀受热（三）工件不均匀受热（一）概述在工艺系统热变形中，机床热变形最为复杂，工件、刀具的热变形相对来说要简单一些使工件产生热变形的热源，主要是切削热。对于

8、精密零件，周围环境温度和局部受到日光等外部热源的辐射热也不容忽视。二、工件热变形对加工的影响二、工件热变形对加工的影响(二)工件均匀受热对于一些形状简单、对称的零件，如轴、套筒等，加工时（如车削、磨削）切削