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2024.10.09

工艺系统热变形对加工精度的影响

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  工艺系统热变形对加工精度的影响

  1. 机床热变形对加工精度的影响

  机床在加工过程中,在内外热源的影响下,各部分温度将发生变化。由于热源分布得不均匀和机床结构的复杂性,机床各部件将发生不同程度的热变形,破坏了机床的几何精度,从而影响工件的加工精度。机床的热变形,最主要的是主轴箱部件、床身导轨以及两者相对位置等方面的热变形对加工精度的影响最大。

  对于大型机床,如导轨磨床、外圆磨床、龙门式机床等长形床身部件,其温差影响是很显著的。另外,立柱和床鞍的位置也因床身的热变形而产生相应的变化。常见机床的热变形趋势如图所示。

  2. 工件热变形对加工精度的影响

  工件主要受切削热影响而产生变形,对于大型工件或精密工件,外部热源也不可忽视,由于加工方法不同,不同的工件材料、结构和尺寸、工件的受热变形也不相同。

  1) 工件均匀受热。在车削、磨削轴、套、盘类零件的内、外圆中,当采用两顶尖装夹方法时,对于长度较长的工件受热后伸长量较大,受到顶尖的阻碍会出现压杆失稳的现象,这不但会使工件弯曲产生较大的误差,还有工件被甩出的隐患。这时宜采用弹性顶尖,或经常松开顶尖,以调整对工件的压力。

  工件受热变形对粗加工似乎影响不大,但在数控机床上加工工件时,会给后续的加工工序带来影响。如工件没有充分冷却就进行精加工,则使冷却后测量的实际尺寸超差。

  工件受热变形对精加工的影响较突出,特别是细长、高精度工件。例如磨削长度为3m的丝杠,一次走刀后工件温度升高3℃,则丝杠伸长量为0.1mm。

  2) 工件不均匀受热。如铣、刨、磨平面时,工件单面受热,上、下两面的温度差使工件拱起,凸出部分随即被切(磨)去。而工件冷却后变形恢复,使工件出现中凹的形状误差。

  3. 刀具热变形对加工精度的影响

  刀具的热变形引起的加工误差。刀具的受热变形主要是由切削热引起的。虽然大部分的切削热都被切屑所带走,传给刀具的热量并不多,但因刀具体积小,热容量也小,而热量又集中,所以刀具切削表面通常会达到很高的温度。如高速钢车刀的切削刃部分温度可达到700℃左右,其受热伸长量可达0.03~0.05mm。因此,刀具的受热变形不可忽视。

  连续切削时,刀具的受热变形开始时比较快,随后变得较缓慢,经过不长的时间便趋于热平衡状态。间断切削时,由于刀具有短时间的冷却,故其受热变形量比连续切削时要小一些,但其热变形的量不稳定,时大时小。

  为了减小工件、刀具的受热变形,可通过合理选择刀具角度、切削用量,并使粗、精加工分开,采用切削液等方法降低切削热,保证加工精度。


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