(精选)影响加工精度的因素

环境温度 热辐射
•气温、室温变化、热、冷风等 •日光、照明、暖气、体温等
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2. 工艺系统的热平衡
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
必须注意:
• 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
各类机床其结构、工作条件及热源形式均不相同，因此 机床各部件的温升和热变形情况是不一样的。
1. 车、铣、钻、镗类机床
图 车床的热变形
主轴箱中的齿轮、 轴承摩擦发热、 润滑油发热。
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2.龙门刨床、牛头刨床、立式车床类机床
导轨副的摩擦热
3.各 种 磨 床
砂轮主轴轴 承的发热和液压 系统的发热
1－床身 2－导轨 3－工件 4－砂轮 5－砂轮架 6－螺母
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（五）减少工艺系统热变形的主要途径
1．减少发热和隔离热源 分离热源、采用隔热
措施，改善摩擦条件，减 少热量产生，如图所示。 有时可采用强制冷却法， 吸收热源热量，控制机床 温升和热变形。合理安排 工艺、粗精分开。
采用隔热罩减少热变形 10
2．均衡温度场
1）减小温差； 2）均衡关键 件的温升，避 免弯曲变形 （如图所示)
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4．保持工艺系统的热平衡 加工前使机床高速空转，达到热平衡时再切削加工。
5．控制环境温度 恒温车间、使用门帘、取暖装置均匀布置；恒温精度一 般控制在±1℃以内，精密级较高的机床为±0.5℃。恒 温室平均温度一般为20℃，在夏季取23℃，在冬季可取 17℃。
6. 热位移补偿 寻求各部件热变形的规律建立热变形位移数字模型并 存入计算机中进行实时补偿。
牛头刨床滑枕热变形
外园磨床的热变形示意图
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（三）工件热变形对加工精度的影响
1. 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）切削热能较均匀地传入工件。 • 在精密丝杆加工中，工件的热伸长会产生螺距的累积误差。 • 在较长的轴类零件加工中，将出现锥度误差。
如工件在两顶尖间车削，工件受热伸长而顶尖不能轴 向位移时，工件会产生弯曲变形，严重影响加工精度。此 时宜采用弹性尾顶尖。
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2. 工件不均匀受热 在刨削、铣削、磨削加工平面时，工件单面受热，上下平
面间产生温差，导致工件向上凸起，凸起部分被工具切去，加 工完毕冷却后，加工表面就产生了中凹，造成了几何形状误差。
薄板磨削时的弯曲变形
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（四）刀具热变形对加工精度的影响
刀具热变形主要是由切削热引起的。切削加 工时虽然大部分切削热被切屑带走，传入刀具的 热量并不多，但由于刀具体积小，热容量小，导 致刀具切削部分的温升急剧升高，刀具热变形对 加工精度的影响比较显著。
用热空气均衡立柱前后壁的温度场
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3．改进机床布 局和结构设计
1) 采用热对称 结构 2) 合理选择机 床零部件的安 装基准
车床上主轴箱两种结构的热位移
图中表示了车床主轴箱在床身上的两种不同定位方式。由于主轴部件是车床 主轴箱的主要热源，故在图b中，主轴轴心线相对于装配基准H而言，主要在 Z方向产生热位移，对加工精度影响较小。而在图a中，方向Y的受热变形直 接影响刀具与工件的法向相对位置，故造成的加工误差较大。
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图示为车削时车刀的热变 形与切削时间的关系曲线。 曲线A —— 车刀连续工作 时的热伸长曲线； 曲线B —— 切削停止后， 车刀温度下降曲线； 曲线C —— 传动作间断切 削的热变形切削。
车外圆时，车刀热变 形会使工件产生圆柱度误 差（喇叭口）。
车刀热变形曲线
τ 1 — 刀具加热至热平衡时间 τ 2 —刀具冷却至热平衡时间 τ 0 —刀具间断切削至热平衡时间
第十六章 机械加工精度和表面质量
第二节 影响加工精度的因素
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五、工艺系统热变形引起的加工误差
（一）概 述
工艺系统在各种热源作用下，会产生相应的热变形， 从而破坏工件与刀具间正确的相对位置，造成加工误差。
1. 工艺系统的热源
热源
内部热源 外部热源
切削热 摩擦热
•工件、刀具、切屑、切削液 •电机、轴承、齿轮、油泵等
•在铸造、锻造、焊接及热处理过程中，由于工件各部分
冷却收缩不均匀以及金相组织转变时的体积变化，在毛坯 内部就会产生残余应力。
•毛坯的结构越复杂，各部分壁厚越不均匀以及散热条件
相差越大，毛坯内部产生的残余应力就越大。
•具有残余应力的毛坯，其内部应Hale Waihona Puke Baidu暂时处于相对平衡状
态，虽在短期内看不出有什么变化，但当加工时切去某些 表面部分后，这种平衡就被打破，内应力重新分布，并建 立一种新的平衡状态，工件明显地出现变形。
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六、 工件残余应力引起的加工误差
什么是残 余 应 力
残余应力是指在没有外部 载荷的情况下，存在于工件 内部的应力，又称内应力。
（一）内应力的产生及其对加工精度的影响
产生原 因
残余应力是由金属内部的相 邻宏观或微观组织发生了不 均匀的体积变化而产生的， 促使这种变化的因素主要来 自热加工或冷加工。
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2、冷校直引起的残余应力
现象
冷校直工艺方法是在一些长棒 料或细长零件弯曲的反方向施加外 力F以达到校直目的，如图a所示。
原因
在外力F的作用下，工件内部的 应力重新分布，如图b所示，在轴
冷校直引起的内应力
心线以上的部分产生压应力（用负号表示），在轴心线以下的
部分产生拉应力（用正号表示）。在轴心线和两条虚线之间，
稳定。
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。
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（二）机床热变形对加工精度的影响
机床热变形会使机床的静态几何精度发生变化而影 响加工精度，其中主轴部件、床身、导轨、立柱、工作台 等部件的热变形，对加工精度影响最大。
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残余应力对零件的影响影响
存在残余应力的零件，始终处于一种不稳定状态， 其内部组织有要恢复到一种新的稳定的没有内应 力状态的倾向。
在内应力变化的过程中，零件产生相应的变形， 原有的加工精度受到破坏。
用这些零件装配成机器，在机器使用中也会逐渐 产生变形，从而影响整台机器的质量。
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1、毛坯制造中产生的残余应力
是弹性变形区域，在虚线以外是塑性变形区域。