工艺系统受力变形

机械制造 技术基础
机械制造技术基础
太原理工大学 机械工程学院 2013-7-19
第七章 机械加工精度
机械制造 技术基础
第七章 机械加工精度
主讲人：张杰 （第三讲）
第七章 机械加工精度
机 械 制 设 造计 技制 术造 基 础
7.2 影响加工精度的因素
7.2.3 工艺系统受力变形
工艺系统受力变形不但影响工件的加工精度，而且还影响表面 质量，限制切削用量和生产率的提高。
变形的叠加：刀刃相对机床主轴的总位移Y，包括刀台对于小 刀架的位移Y4、小刀架对大刀架的位移Y3、大刀架对溜板的位 移Y2和溜板对床身的位移Yl的迭加。
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7.2 影响加工精度的因素
由于机床部件刚度的复杂性，很难用理论公式计算，刚度计算 主要通过实验测定。
即：
K系统

FY Y系统
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7.2 影响加工精度的因素
7.2.3.1 工艺系统刚度
2 工艺系统的刚度
根据工艺系统刚度的定义，有
Y系统

FY K系统
而工艺系统各部件的变形为：
Y机床

FY K 机床
Y夹具

FY K 夹具
Y刀具

FY K刀具
Y工件
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7.2 影响加工精度的因素
（2）机床部件的刚度 机床的结构形状复杂，组成的零部件数量也多，各部件受力变 形各不相同，变形对工件加工精度的影响也不同。
机床部件的受力变形过程，首先是消除零件间间隙，挤掉油膜 层的变形；接着是部件中薄弱零件变形；最后是组成零件本身 的弹性变形和相互接触面的接触变形。

FY K工件
由材料力学中变形迭加原理可知，工艺系统法向总变形是各组
成环节在同一处的法向变形的迭加，得：
Y系统 Y机床 Y夹具 Y刀具 Y工件
所以： FY FY FY FY FY
K系统 K机床 K夹具 K刀具 K工件
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7.2 影响加工精度的因素
刀具刚度亦可按上述方式进行分析、计算。
对于外圆刀具，刀具加持在刀架上悬伸量小，其加工表面法线 方向上的刚度很大，因而变形可忽略；
镗小孔时，工件刚度大，镗杆悬伸长，刚度小，变形对加工精 度影响很大，其变形按材料力学公式估算。
对于夹具，其结构较为复杂，并且夹具一般作为机床的附件， 其变形、刚度与机床与一起考虑。
加工过程中，工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、重力和惯 性力等外力作用下，会产生变形，破坏刀具和零件之间的正确 位置关系，改变成形运动所需的几何关系，使零件产生加工误 差。如图7.12所示。
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7.2 影响加工精度的因素
7.2.3.1 工艺系统刚度
7.2 影响加工精度的因素
可以推导出系统刚度的计算式为：
11111 K系统 K 机床 K夹具 K刀具 K工件
或：
K系统

(1 K机床

1 K夹具

1 K刀具

1 )1 K工件
知道工艺系统各组成部分的刚度后，即可求出整个工艺系统的
刚度。
由此可得：K系统<K机床、K系统<K夹具、K系统<K刀具、K系统<K工件。

3EI
L
最大变形: Ymax (FY L3 ) 3EI
最小刚度: Kmin FY Ymax 3EI L3 零件用三爪卡盘装夹，工件的变形可按悬臂梁计算，
最大变形: Ymax FY L3 48EI 最小刚度: Kmin FY Ymax 48EI L3
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工艺系统在外力作用下各个方向上均产生相应的变形，对加工 精度影响最大的是误差敏感方向。
工艺系统受力变形通常是弹性变形，抵抗弹性变形的能力越强， 则加工精度越高，这个能力用刚度来描述。
1 刚度的定义
工艺系统刚度：指切削力在加工表面法向的分力FY，与FX、FY、 FZ同时作用下，产生的沿法向的变形Y系统之间的比值。
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7.2 影响加工精度的因素
7.2.3.2 工艺系统受力对加工精度的影响
（1）切削过程中力作用位置的变化对加工精度的影响
车床两顶尖间加工光轴，如图7. 18所示。 法向切削力FY，受 力点在距右端X，则有：
Y系统

FY K刀架

FY K头架
因此，影响刚度的因素主要有：接合面间隙、薄弱零件变形 、 连接表面接触变形。
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7.2 影响加工精度的因素
图7. 14为刀架部件中力的传递及变形的叠加情况。
切削力的传递：从刀刃传到刀台、小刀架、大刀架、溜板、床 身，最后在床身形成了封闭系统。
试验时可以进行几次加载和卸载，根据测得的FY和Y数据可分 别画出刀架、床头和尾座等部件的静刚度曲线，图7. 16为车床 刀架静刚度的实测曲线。
从曲线中可以看出： 变形与载荷不成线性关系，反映刀架的变形不纯粹是弹性变形； 加载与卸载曲线不重合，两曲线间面积为加-卸载中的能量损失，即 克服零件间摩擦和接触塑性变形的功； 卸载后曲线回不到原点，有残余变形存在，反复加卸载，残变接近 零； 实际刚度比估算的小， 因组成零件多，存在着结合面、配合间隙和 刚度薄弱环节，对部件刚度有较大影响。
工艺系统刚度的一个特点：整个工艺系统的刚度比其中刚度最小的那
个环节的刚度还小。
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3 部件的刚度
（1）工件的刚度 形状规则、简单的工件刚度可用有关力学公
式推算。零件用两顶尖装夹，工件的变形可按简支梁计算，
Y
FY
x 2 L x2

x L
2

FY K尾架

L
L
x
2

FY 3EI

x2L
L
x2
K系统


1 K刀架

1 K头架


x L
2


1 K尾架


L
L
x
2


1 3EI

x2
L
L
x2
1

工艺系统各环节刚度和整个系统刚度，是随着受力点位置变化 而变化。这是工艺系统刚度的另一个特点。