第二章机械加工精度及其控制(二)2014.ppt

* * * 5、各种机床的热变形及其对加工精度的影响 车、铣 、钻、镗类机床： 主轴箱中的齿轮，轴承磨擦发热，润滑油发热是主要热源，使主轴箱及与之相连部分如床身或立柱的温度升高而产生较的变形。 * 车床受热变形 a） 车床受热变形形态 运转时间 / h 0 1 2 3 4 50 150 100 200 位移 /μm 20 40 60 80 温升 / ℃ ΔY Δy 前轴承温升 b） 温升与变形曲线 车床主轴发热使主轴箱在垂直面向内和水平向内发生偏移和倾斜。在垂直向内，主轴箱的温升使主轴升高，又因主轴前轴承的发热量大于后轴承的发热量，主轴前端比后端高，由于主轴箱热量传给床身，床身导轨向上台起，故而加剧了主轴的倾斜。 * 龙门刨床、导轨磨床等机床 床身热变形是影响加工精度的主要因素：因其床身较长、导轨稍有温差，就会产生较大的弯曲变形。 床身上下表面产生温差的原因，不仅是由于工作台运动时导轨摩擦发热所知，环境温度的影响也很大。 导轨磨床受热变形 * 各种磨床 热源： 液压传动系统和高速回转磨头，并且使用大量的切削液都是磨床的主要热源。 变形： 砂轮主轴轴承发热、使主轴轴线升高并使砂轮架向工件方向趋近，由于主轴前后轴承温升不同，主轴侧母线还会出现倾斜，液压系统发热使床身各处温升不同，导致床身趋于前倾。 举例： 平面磨床： 热变形受油池安放位置及导轨摩擦发热的影响。 利用床身做油池，则床身下部温度高于上部，导轨产生中凹变形。 油池移出后，导轨面的摩擦热使导轨上部温度高于下部，导轨产生中凸变形。 * 外圆磨床： 在热变形的影响下，砂轮轴线与工件轴线之间距离发生变化，可能产生平行度误差。 外圆磨床受热变形形态 * 双端面磨床： 切削热喷向床身中部的顶面，使其局部受热而产生中凸变形。使两砂轮的端面产生倾斜。 * 立铣床受热变形形态 立式平面磨床： 主轴承和主电机的发热传到立柱，使立柱内侧温度高于外侧，因而引起立柱的弯曲变形。 * 五、 减小热变形对加工精度影响的措施 1、减少热源发热和隔离热源 减少切削热和磨削热，粗、精加工分开。 充分冷却和强制冷却。 分离热源。对不能分离的摩擦热源，尽量采取措施，改善其摩擦特性，减少发热。 采用隔热材料将发热部件和机床大件隔离开来 * 例1：磨床油箱置于床身内，其发热使导轨中凹 解决：导轨下加回油槽 平面磨床补偿油沟 2、均衡温度场，使机床各部分温升差降低 * 例2：立式平面磨床立柱前壁温度高，产生后倾。 解决：采用热空气加热立柱后壁（图4-41）。 均衡立柱前后壁温度场 * 热对称结构 变速箱中将轴、轴承、齿轮等对称布置，可使箱壁温升均匀，箱体变形减少。 热补偿结构 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 3、采用合理机床结构及装配基准 * 合理选择装配基准 支承距影响热变形 L1 L2 车床主轴箱定位面位置对热变形的影响 * 4、加速达到热平衡 高速空运转 人为加热 5、控制环境温度 恒温 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 【例】龙门铣横梁 龙门铣横梁变形 龙门铣横梁变形补偿 ◆ 重力影响 解决：变形补偿 * * ◆ 传动力与惯性力影响 理论上不会产生圆度误差（但会产生圆柱度误差） 周期性的力易会引起强迫振动 传动力对加工精度的影响 z l R y Y Fp Fc Fcd Fcdy φ r a） O′ O″ r0 y Y Fp A Fcd rcd=Fcd / kc O Fc Fc / kc Fp / kc b） O * 1、机床部件刚度测定 四、机床部件的刚度 静态测定法： 在机床不工作状态，模拟车削时的受力的受力情况对机床施加静载荷，然后测出机床部件在不同载荷下的变形，作出各部件的刚度特性曲线并计算刚度。 * 下图是对一车床进行3次加载和卸载循环，绘制了他的刚度曲线。 车床刀架变形曲线 Δy（μm） 10 20 30 40 50 0 1 2 3 F（KN） * 非线形关系，不完全是弹性变形 加载和卸载曲线不重合，所围面积表示克服摩擦和接触塑性变形所作功 存在残余变形，反复加载卸载后残余变形→0 机床部件刚度比按实体估算值小许多，表明其变形受多种因素影响 分析刚度曲线的特点： 工作状态测定法 * 连接表面接触变形 —— 其大小与接触面压强有关 零件表面摩擦力的影响 结合面间隙 组成件的实体刚度 —— 受力产生拉伸、压缩、弯曲变形；特别是薄弱件（楔条、轴套等）影响较大 施力方向的影响，测试时只模拟Fy，实际上加工过程中，Fx，Fy，Fz同时作用。 2、影响机床部