工艺系统的受力变形对工件形状误差的影响

工艺系统的受力变形对工件形状误差的影响

【摘要】在机械加工过程中，由相应的机床、刀具、夹具以及被加工工件共同构成的一个闭环系统，称之为机械加工工艺系统，简称工艺系统。工艺系统的组成及其特性对机械加工过程、加工质量、加工效率、加工成本有直接影响。本文以工艺系统受力变形对工件形状误差影响为例进行分析。

【Abstract】

In the course of mechanical machining, the corresponding machine tool, cutting tool, clamp as well as the processed workpiece constitute mutually a closed system, which is called mechanical machining technologic system, for which the technologic system is short. Composing of the technologic system as well as its character has a direct influence on the processing course, processing quality, processing efficiency and processing cost. The writer has made an analysis, taking the influence from the deformation because of force of the technologic system on the error of the workpiece shape for example.

【Keywords】Technologic system Deformation because of force Error of waist-drum shape

如下图所示为一采用双顶车削加工后的大致形状。现从加工零件时机械加工工艺系统方向简略分析其产生形状误差的主要原因。图中所体现的情况是机械加工中的一个质量方面的问题，柱形零件经加工后产生腰鼓形，当属规则性形状（圆柱度）误差。工艺系统的各个方面影响的程度不同。

1．设备。

1．1 机床。机床方面产生的影响因素有：主轴跳动、轴承发热、导轨扭曲、机床的刚度和刀架松动等。而在以上因素中，主轴跳动仅影响被加工件的外圆的圆度和圆柱度（非规则性）。轴承发热一般只一向影响轴承间隙，不致严重到导致被加工件产生腰鼓形变形。导轨扭曲只会引起被加工件的非规则性圆柱度的改变。机床的刚度只影响被加工件外圆的圆度和圆柱度（锥度）以及端面对中心线的垂直度等。

2．工艺装备。

2．1 刀具及刀架。刀具在机械加工中引起误差有如下几种情况：刀具磨损、刀具受热后伸长、刀具装夹错误。一般在正常情况下，刀具磨损及刀具受热后伸长都会引起被加工件的锥度问题。刀具装夹错误一般会引起被加工件跳动（偏心）的发生，不会引起文中所指出的那种形状误差。刀架在加工中会因切削力的影响而产生松动。刀架松动后只会引起扎刀及非规则性圆柱度的改变，不会引起本文图中的形状误差。

2．2 夹具。夹具（三爪卡盘）误差一般会引起被加工件跳动（偏心）情况的发生，产生腰鼓形变形的情况则不存在。

3．工件。工件是机械加工工艺系统的核心，工件毛坯加工表面类型、结构特征以及技术要求等都直接影响加工质量。

3．1 工件毛坯。主要是形状结构和残余应力。根据误差复映规律，当工件毛坯本身为腰鼓形而在加工中又不注意控制，那么产生本文所指出的形状误差极有可能。在实际加工操作中，只要按工艺要求分阶段进行加工，避免产生这种形状误差是现实的。而残余应力引起误差的无规律性，它导致产生腰鼓形这种规则性的形状误差不会出现。

3．2 工件刚性。如果工件的刚性不足，而在某次机械加工工艺中又使用了一夹一顶或者是双顶的装夹方式。那么，在此次加工中，被加工件的中心部位刚性最小、工件两端处刚性最大。在各种切削加工中，由于中心部位刚性差的原因，就会产生中间“让刀”现象且此部位让刀量最大。随着刀具的进给，在工件的全长上切削深度将会由多而少，然后再由少而多，靠近两端处几乎没有“让刀”，结果使零件产生腰鼓形。加工趋势如下图所示。针对这种情况，必须采用有效工艺措施，如使用中心架、跟刀架等。

3．3 工件工艺性（切削加工性）。在机械加工工艺中，材料的工艺性又叫切削加工性，是指用刀具对材料进行切削加工的难易程度。它只影响到切削加工速度、表面粗糙度以及尺寸精度，与工件产生形状变化的关联性极小。

以上分析结果的结论是，在所有的可能因素中，工件刚性最具可能性。只要认真分析查找，就一定能找到主要因素，从而解决问题。

参考文献

1 李华主编.机械制造技术.北京:高等教育出版社,2005.1

2 赵志修主编.机械制造工艺学.北京:机械工业出版社,1985.6

3 机械工业职业技能鉴定指导中心编.中级车工技术.北京:机械工业出版社,1999.10