加工过程中存在的误差

加工过程中存在的误差

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（一）工艺系统受力变形引起的误差

1、基本概念

机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力、传动力等的作用下，会产生相应的变形，从而破坏了刀具和工件之间的正确的相对位置，使工件的加工精度下降。

如下图a示，车细长轴时，工件在切削力的作用下会发生变形，使加工出的轴出现中间粗两头细的情况；又如在内圆磨床上进行切入式磨孔时，下图b，由于内圆磨头轴比较细，磨削时因磨头轴受力变形，而使工件孔呈锥形。

垂直作用于工件加工表面（加工误差敏感方向）的径向切削分力Fy与工艺系统在该方向上的变形y之间的比值，称为工艺系统刚度k系,即

式中的变形y不只是由径向切削分力Fy所引起，垂直切削分力Fz与走刀方向切削分力Fx 也会使工艺系统在y方向产生变形，故

y=yFx+yFy+yFz

2、工件刚度

工艺系统中如果工件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，在切削力的作用下，工件由于刚度不足而引起的变形对加工精度的影响就比较大，其最大变形量可按材料力学有关公式估算。

3、刀具刚度

外圆车刀在加工表面法线（y）方向上的刚度很大，其变形可以忽略不计。镗直径较小的内孔，刀杆刚度很差，刀杆受力变形对孔加工精度就有很大影响。刀杆变形也可以按材料力学有关公式估算。

4、机床部件刚度

1）机床部件刚度

机床部件由许多零件组成，机床部件刚度迄今尚无合适的简易计算方法，目前主要还是用实验方法来测定机床部件刚度。分析实验曲线可知，机床部件刚度具有以下特点：

（1）变形与载荷不成线性关系；

（2）加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线。两曲线线间所包容的面积就是加载和卸载循环中所损耗的能量，它消耗于摩擦力所作的功和接触变形功；

（3）第一次卸载后，变形恢复不到第一次加载的起点，这说明有残余变形存在，经多次加载卸载后，加载曲线起点才和卸载曲线终点重合，残余变形才逐渐减小到零；

（4）机床部件的实际刚度远比我们按实体估算的要小。

2）影响机床部件刚度的因素

（1）结合面接触变形的影响

（2）摩擦力的影响

（3）低刚度零件的影响

（4）间隙的影响

5、工艺系统刚度及其对加工精度的影响

在机械加工过程中，机床、夹具、刀具和工件在切削力作用下，都将分别产生变形y机、y 夹、y刀、y工，致使刀具和被加工表面的相对位置发生变化，使工件产生加工误差。工艺系统刚度的倒数等于其各组成部分刚度的倒数和。

工艺系统刚度对加工精度的影响主要有以下几种情况：

1)由于工艺系统刚度变化引起的误差

工艺系统的刚度随受力点位置的变化而变化。例如：用三爪卡盘夹紧工件车削外圆的加工，随悬壁长度的增加，刚度将越来越小。因而，车出的外圆将呈锥形。

2)由于切削力变化引起的误差

加工过程中，由于工件的加工余量发生变化、工件材质不均等因素引起的切削力变化，使工艺系统变形发生变化，从而产生加工误差。

若毛坯A有椭圆形状误差（如下图）。让刀具调整到图上双点划线位置，由图可知，在毛坯椭圆长轴方向上的背吃刀量为ap1，短轴方向上的背吃刀量为ap2。由于背吃刀量不同，切削力不同，工艺系统产生的让刀变形也不同，对应于ap1产生的让刀为y1，对应于ap2产生的让刀为y2,故加工出来的工件B仍然存在椭圆形状误差。由于毛坯存在圆度误差△毛＝ap1-ap2，因而引起了工件的圆度误差△工＝y1-y2，且△毛愈大，△工愈大，这种现象称为加工过程中的毛坯误差复映现象。△工与△毛之比值ε称为误差复映系数，它是误差复映程度的度量。

尺寸误差（包括尺寸分散）和形状误差都存在复映现象。如果我们知道了某加工工序的复映系数，就可以通过测量毛坯的误差值来估算加工后工件的误差值。

3)由于夹紧变形引起的误差

工件在装夹过程中，如果工件刚度较低或夹紧力的方向和施力点选择不当，将引起工件变形，造成相应的加工误差。

4)其它作用力的影响

6、减小工艺系统受力变形的途径

由前面对工艺系统刚度的论述可知，若要减少工艺系统变形，就应提高工艺系统刚度，减少切削力并压缩它们的变动幅值。具体如下：

1）提高工艺系统刚度

（1）提高工件和刀具的刚度减小刀具、工件的悬伸长度：以提高工艺系统的刚度；

（2）减小机床间隙，提高机床刚度：采用预加载荷，使有关配合产生预紧力，而消除间隙。

（3）采用合理的装夹方式和加工方式

2）减小切削力及其变化

合理地选择刀具材料，增大前角和主偏角，对工件材料进行合理的热处理以改善材料地加工性能等，都可使切削力减小。

（二）工艺系统受热变形引起的误差

工艺系统热变形对加工精度的影响比较大，特别是在精密加工和大件加工中，由热变形所引起的加工误差有时可占工件总误差的40%～70%。机床、刀具和工件受到各种热源的作用，温度会逐渐升高，同时它们也通过各种传热方式向周围的物质和空间散发热量。当单位时间传入的热量与其散出的热量相等时，工艺系统就达到了热平衡状态。

1、工艺系统的热源

内部热源：如系统内部的摩擦热（由轴承副、齿轮副等产生）、切削热等；

外部热源：如外部环境温度、阳光辐射等。

2、工艺系统受热变形引起的误差

1）工件受热变形：工件受热温度升高后，热伸长量△L为：△L=αL△t

式中：α为工件材料的热膨胀系数； L为工件长度；△t为工件的温升。

例如：死顶尖装夹工件时，热变形将造成工件弯曲。在磨床上为消除热变形的影响，而采用弹簧顶尖。

2）机床受热变形：当机床受热不均时，造成机床部件产生变形。例如：机床主轴前、后端受热不均，将造成主轴抬高，并倾斜。

3）刀具受热变形：刀具受热以后，引起刀具热伸长，刀尖位置发生变化，因而影响加工精度。

3、减小工艺系统热变形的途径

1.减少发热和隔热

2.改善散热条件

3.均衡温度场

4.改进机床结构

5.加快温度场的平衡

6.控制环境温度

（三）刀具的磨损引起的误差：

刀具在切削过程中，由于摩擦，刀具将产生磨损，使刀具尺寸发生变化，而造成加工误差。