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  • 1 # 深海中的一條小魚

    1\工藝系統的熱變形對加工精度的影響

    在機械加工過程中,工藝系統會受到各種熱的影響而產生溫度變形,一般也稱為熱變形。這種變形將破壞刀具與工件的正確幾何關係和運動關係,造成工件的加工誤差。另外工藝系統的熱變形還影響加工效率。為減少受熱變形對加工精度的影響,通常需要預熱機床以獲得熱平衡,降低切削用量以減少切削熱和摩擦熱,粗加工後停機以待熱量散發後再進行精加工,或增加工序(使粗、精加工分開)等等。

    熱總是由高溫處向低溫處傳遞的。熱的傳遞方式有! 種,即導熱傳熱、對流傳熱和輻射傳熱。引起工藝系統變形的熱源可分為內部熱源和外部熱源兩大類。內部熱源主要指切削熱和摩擦熱,它們產生於工藝系統內部,其熱量主要是以熱傳導的形式傳遞的。外部熱源主要是指工藝系統外部的,例如以對流傳熱為主要形式的環境熱源(它與氣溫變化、通風、空氣對流和周圍環境等有關)和各種輻射熱源(包括由Sunny、照明裝置、暖氣裝置等發出的輻射熱)。

    工藝系統在各種熱源作用下,溫度會逐漸升高,同時它們也透過各種傳熱方式向周圍的介質散發熱量。當工件、刀具和機床的溫度達到某一數值時,單位時間內散出的熱量與熱源傳入的熱量趨於相等,這時工藝系統就達到了熱平衡狀態。在熱平衡狀態下,工藝系統各部分的溫度保持在相對固定的數值上,因而各部分的熱變形也就相應地趨於穩定。

    由於作用於工藝系統各組成部分的熱源,其發熱量、位置和作用時間各不相同,各部分的熱容量、散熱條件也不一樣,因此,工藝系統各部分的溫升是不相同的。即使是同一物體,處於不同空間位置上的各點在不同時間的溫度也是不等的。物體中各點溫度的分佈稱為溫度場。當物體未達到熱平衡時,各點溫度不僅是該點位置的函式,也是時間的函式。這種溫度場稱為不穩態溫度場。物體達到熱平衡後,各點溫度將不再隨時間變化,而只是該點位置座標的函式,這種溫度場則稱為穩態溫度場。

    2\工件熱變形對加工精度的影響

    在工藝系統的熱變形中,機床的熱變形最為複雜,工件、刀具的熱變形相對來說要簡單一些。這主要是因為在加工過程中,影響機床熱變形的熱源較多,也較複雜,而對工件和刀具來說,熱源則比鉸簡單。因此,工件和刀具的熱變形常可用解析法進行估算和分析。

    3 刀具熱變形對加工精度的影響

    刀具的熱變形主要是由切削熱引起的。通常傳入刀具的熱量並不太多,但由於刀體小,熱容量小,並且熱量集中在切削部分,故刀具仍會有很高的溫升。如車削時,高速鋼車刀的工作表面溫度可達700~800度,硬質合金刀刃的溫度可高於1000度。

    連續切削時,刀具的熱變形在切削初始階段增加很快,隨後變得較緩慢,經過不長的一段時間(約10~20min)後便趨於熱平衡狀態。此後,熱變形的變化量就非常小。刀具總的熱變形量可達0.03~0.05mm)(與伸出部分長度成正比)。

    間斷切削時,由於刀具有短暫的冷卻時間,故其熱變形曲線具有熱脹冷縮雙重特性,且總的變形量比連續切削時要小一些,變形量最後穩定在一定範圍內。當切削停止後,刀具溫度迅速下降,開始冷卻得較快,以後逐漸減慢。加工大型零件時,刀具的熱變形往往造成幾何形狀誤差。如車長軸時,可能由於刀具的熱伸長而產生錐度。

    為了減小刀具的熱變形,應合理選擇切削用量和刀具幾何引數,並給予刀具充分的冷卻和潤滑,以減少切削熱,降低切削溫度。

    4\ 機床熱變形對加工精度的影響

    機床在工作過程中受到內外熱源的影響,各部分的溫度將逐漸升高。由於各部件的熱源不同,分佈不均勻,以及機床結構的複雜性,導致各部件的溫升不同,而且同一部件不同位置的溫升也不盡相同,進而形成不均勻的溫度場,使機床各部件之間的相互位置發生變化,破壞了機床原有的幾何精度而造成加工誤差。

    機床空運轉時,各運動部件產生的摩擦熱基本不變。運轉一段時間之後,各部件傳入的熱量和散失的熱量基本相等,即達到熱平衡狀態,變形趨於穩定。機床達到熱平衡狀態時的幾何精度稱為熱態幾何精度。在機床達到熱平衡狀態之前,機床的幾何精度變化不定,對加工精度的影響也變化不定。因此,精密加工應在機床處於熱平衡之後進行。

    提高加工精度的途徑

    機械加工誤差是由工藝系統中的原始誤差引起的。在對某一特定條件下的加工誤差進行分析時,首先要列舉出其原始誤差,即要了解所有原始誤差因素及對每一原始誤差的數值和方向定量化。其次要研究原始誤差與零件加工誤差之間的資料轉換關係。最後,用各種測量手段實測出零件的誤差值,進而採取一定的工藝措施消除或減少加工誤差。

    生產實際中有許多減少誤差的方法和措施,從消除或減少誤差的技術上看,可將措施分成兩大類,即:

    (1)誤差預防技術指減小原始誤差或減少原始誤差的影響,亦即減少誤差源或改變誤差源與加工誤差之間的數量轉換關係。但實踐與分析表明,當精度要求高於某一程度後,利用誤差預防技術來提高加工精度所花費的成本將成指數規律地增長。

    (2)誤差補償技術指在現存的原始誤差條件下,透過分析、測量進而建立數學模型,並以這些原始誤差為依據,人為地在工藝系統中引入一個附加的誤差源,使之與工藝系統原有的誤差相抵消,以減少或消除零件的加工誤差。從提高加工精度的角度考慮,在現有的工藝系統條件下,誤差補償技術是一種行之有效的方法。特別是藉助計算機輔助技術,這種方法可達到很好的效果。

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