8、起變形 工件的內(nèi)應(yīng)
加工前的謀蔓
血 E 魚謨畐 加丄后的蔥囊
一、機械加工精度
?加工精度
尺寸精度
形狀精度
位置精度
與理想零件的偏離 加工精度的另一描
?療始誤差
機床
刀具
夾具
?工件
統(tǒng)計分析法
"工藝系統(tǒng)的誤差
?產(chǎn)生加工誤差的根源
?包括工藝系統(tǒng)靜誤差
9、、 ，動誤差
二、工藝系統(tǒng)剛度的概念及計算
產(chǎn)生原因:
■切削加工時,工藝系統(tǒng)在切削力.夾緊力以
及重力等的作用下,將產(chǎn)生相應(yīng)的變形,使 刀具和工件在靜態(tài)下調(diào)整好的相互位置,以 及切削成形運動所需要的正確幾何關(guān)系發(fā)生 變化,而造成加工誤差。
J度對加工精度的影響
工藝系統(tǒng)受力變形現(xiàn)象
外力：切削力、傳
動力、慣性力、夾
.???"緊力、重力
壬藝系統(tǒng): 機床、夾具、 工件、刀具
破壞了刀具、工
件間相對位置
產(chǎn)生加工誤差
10、
加工時工件彎曲 加工后工件成鼓形
例如車削細(xì)長軸時 ＞工件在切削力的作用下會發(fā)生 變形,使加工出的軸出現(xiàn)中間粗兩頭細(xì)的情況。
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
二、工藝系統(tǒng)剛度的概念及計算
（一）物體的剛度
任何一個物體受力后總要產(chǎn)生一些變形。 作用力F與其作用下產(chǎn)生的變形量y的比值， 稱為物體的剛度。
k丄
二、工藝系統(tǒng)剛度的概念及計算
（二）工藝系統(tǒng)的靜剛度
定義：k=L
y
注意：工件和刀具在方向產(chǎn)生的相對位移 不只是耳作用的結(jié)果，而是x、竹、昆同時 作用的綜合結(jié)果
壬蘆系統(tǒng)剛度及受力變形
一、工藝系統(tǒng)剛
11、度的概念及計算
（三）工藝系統(tǒng)剛度的計算
工藝系統(tǒng)在某一處的法向總變形y是各個 組成環(huán)節(jié)在同一處的法向變形的迭加：
丿F+打+幾+%
分別為機床受力變形夾具變形兒、刀具 變形九、工件變形％
一、工藝系統(tǒng)剛度的概念及計算
已知工藝系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)的剛度，即可 求得工藝系統(tǒng)的剛度
各部分剛度:
kjt —
代入上式得:
—=——+——+——+——
k kJC ks kd kg
匚精度的影響
?（一）切削力作用點位置變化引起的工 件形狀誤差
?（二）切削力大小變化引起的加工誤差 ?（三）夾緊力和重力引起的加工誤差
（四）傳動力和慣性力對加工精度影響
12、壬藝系統(tǒng)剛度及受力變形
斥剛度對加工精度的影響
（一）切削力作用點位置變化引起的工件形狀誤差
K機床的變形
2、 工件的變形
3、 工藝系統(tǒng)的變形
J度對加工精度的影響
機床的變形
匚精度的影響
（一）切削力作用點位置變化引起的工件形狀誤差
-工件短而粗，車刀懸伸長度很短，工件和 刀具的剛度很好，其受力變形比機床的變 形小，可忽略不計。（單因素法）
? Fa，F(xiàn)y, Fb之間的關(guān)系符合力矩平衡 ?計算得：
J度對加工精度的影響
心 “G（丁八 □+J—?。?
tj
wz
dj
13、
J度對加工精度的影響
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
■T 一 一
（一）切削力作用點位置變化引起的工件形狀誤差
L
1機床的變形
B
AFb
V 、
I
X
V
D 1
A"
I
C
A
J%
切削力位置變化引起工藝系統(tǒng)的變化
J度對加工精度的影響
1 機 床 的 變 形
匚精度的影響
（一）切削力作用點位置變化引起的工件形狀誤
14、差
計算結(jié)果說明
?機床的總變形是隨著切削力作用點（X）的變化的 ?在x=0和x = L的情況下，工件變形較大
WZ
?在 k 時，機床變形最小
x = （―^-）L
% + —
?變形大的地方，從工件上切去的金屬層薄，變形 小的地方，切除的金屬層厚
?所以，機床受力變形而使得加工出來的工件呈兩 端粗，中間細(xì)的馬鞍型。
工蘆系統(tǒng)剛度及受力變形
J度對加工精度的影響
工蘆系統(tǒng)剛度及受力變形
J度對加工精度的影響
工蘆系統(tǒng)剛度及受力變形
J度對加工精度的影響
機床的變形
B
z
B
F”
A
C/
Fr
15、
污J
C
L..
A /
切削力作用點位置變化引起的工件形狀誤差
X
W
切削過程請按pl ay鍵觀看
工蘆系統(tǒng)剛度及受力變形
J度對加工精度的影響
工蘆系統(tǒng)剛度及受力變形
J度對加工精度的影響
J度對加工精度的影響
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
■T 一 一
（一）切削力作用點位置變化引起的工件形狀誤差
L
2工件的變形
1
/ A
/ *
、
、
車削細(xì)長軸時工件的變形
16、
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
送對加工精度的影響
2工件的變形
(一)切削力作用點位置變化引起的工件形狀誤差
?在兩頂尖裝夾剛性差的細(xì)長軸，假設(shè)不考慮機 床刀具變形，即可由公式得出：
Fy (L-x)2x2
y =—:
& 3EI L
?當(dāng)x=0或x=l■時，變形最小，為0 ?當(dāng)乂 = 1_/2時，工件剛度最小，變形最大
?加工結(jié)果：工件呈鼓形
壬藝系統(tǒng)剛度及受力變形
壬對加工精度的影響
3工藝系統(tǒng)的變形
（一）切削力作用點位置變化引起的工件形狀誤差
丿=心+兒
1 ( L — x
Y 1
17、
+-
k
L丿
工藝系統(tǒng)的剛度: K丄
1 （L-x
+丄+ (厶—兀F
%
X2
3EZL
g
丫 1
H
K
\2
+
1 (L-x)2x2
二 3EIL
J度對加工精度的影響
（一）切削力作用點位置變化引起的工件形狀誤差
工藝系統(tǒng)的變形
園團(tuán)圜區(qū)1（11
C RIGIDITY
-----
ulaul? dIHascl 農(nóng) m ■ X v
LEGEND
lOEAL
SHAPE
18、
—— Rough
Real
SHA^E Ihitiau
AXIS
IH-WOITK
AYifi
存 3
7
J度對加工精度的影響
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
■T 一 一
VZZZZZZZZZA
y工件
~^//////7777\
3工藝系統(tǒng)的變形
（一）切削力作用點位置變化引起的工件形狀誤差
19、
工藝系統(tǒng)受力變形隨總切削力作用點位置變化的幾個例子
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
匚精度的影響
（二）切削力大小變化引起的加工誤差
-車床加工短軸，工藝系統(tǒng)的剛度變化不 大，（近似常量）
-毛坯形狀誤差較大或者材料硬度很不均 勻，工程加工血切削力的大小就會有較 大的變化，從而引起工件的加工誤差
對加工精度的影響
對加工精度的影響
（二）切削力大小變化引起的加工誤差
以橢圓截面車削為例說明
由于工藝系 統(tǒng)受力變形 ,使毛坯誤 差部分反映 到工件上， 此種現(xiàn)象稱 為“誤差復(fù) 映” ■
壬藝系統(tǒng)剛度及受力變
20、形
△g = X _ % = f
K xt
芟對加工精度的影響
車削前圓度誤差：A
—CI ■■ CI
m P\ P2
車削后圓度誤差:
誤差復(fù)映系數(shù)
△g = X 九
“ _Fp\ _A a Vi—— ——
Fp2 Ay y2~~k~~ ~~k
^Xt ^xt
P\
P2
壬藝系統(tǒng)剛度及受力變形
9度對加工精度的影響
壬藝系統(tǒng)剛度及受力變形
21、
壬藝系統(tǒng)剛度及受力變形
（二）切削力大小變化引起的加工誤差
第一次走刀
6 = j-，△1=6" Am
kXt
嚴(yán)△
K xt
,=6?亠-1 =1?&2?A?6△也
爲(wèi)=「2?A 1
可見：時，貝亦4; SN貝山門
匚精度的影響
T （二）切削力大小變化引起的加工誤差
結(jié)論
?1、增加走刀次數(shù)可大大減小工件的復(fù)映誤差
?2、當(dāng)工件毛坯有形狀誤差（如圓度、圓柱度、
直線度等）或者相互位置誤差（如偏心、徑向 跳動等）時，加工后仍然會有同類的加工誤差 出現(xiàn)。在成批大量生產(chǎn)中用調(diào)整法加工一批工 溜冊吋 則加工后這批工件
匚精度的影響
（二
22、）切削力大小變化引起的加工誤差
結(jié)論
? 3、毛坯硬度不均勻，同樣會造成加工誤差
?4、在采用調(diào)整法成批生產(chǎn)情況下，控制毛坯 材料硬度的均勻性是重要。因為加工過程中走 刀次數(shù)通常已定，如果一批毛坯材料的硬度差 別很大，就會使得洞見的尺寸分散范圍擴大， 甚至超差
壬藝系統(tǒng)剛度及受力變形
（三）夾緊力和重力引起的加工誤差
套筒夾緊變形誤差及采用開口過渡環(huán)
壬蘆系統(tǒng)剛度及受力變形
慈剛度對加工精度的影響
壬蘆系統(tǒng)剛度及受力變形
慈剛度對加工精度的影響
（三）夾緊力和重力引起的加工誤差
（三）夾緊力和
23、重力引起的加工誤差
**
//Tn)// 77// / / th!
機床部件自重引起地橫梁變形
壬藝系統(tǒng)剛度及受力變形
遠(yuǎn)對加工精度的影響
壬藝系統(tǒng)剛度及受力變形
遠(yuǎn)對加工精度的影響
y
R
（四）傳動力和慣性對加工精度影響
在車床或磨床類機床 上加工軸類零件時，常用 單爪撥盤帶動工件旋轉(zhuǎn)。 傳動力在撥盤的每一轉(zhuǎn)中 不斷改變方向，和慣性力 一樣，其在誤差敏感方向 的分力有時將工件推向刀 具，有時將工件拉離刀具，
24、0 從而造成工件的圓度誤差?！?
傳動力引起的加工誤差
工件
差敏感方向的分力有時將工
刀具
(b)
壬藝系統(tǒng)剛度及受力變形
IP統(tǒng)剛度對加工精度的影響
（四）傳動力和慣性對加工精度影響 在切削加工中，由于高
速旋轉(zhuǎn)的零部件（包括夾具、
工件和刀具）的不平衡而產(chǎn) 生離心力。在每一轉(zhuǎn)中，離 心力不斷改變方向，它在誤 件推向刀具，有時將工件拉 離刀具，使工藝系統(tǒng)的受力 變形發(fā)生變化，從而引起加 工誤差。
慣性力引起的加工誤差
壬藝系統(tǒng)剛度及受力變形
w
（一）機床部件剛度測定
-1、靜態(tài)測定法
?機床不工作狀態(tài)下，模擬切削時受力情況， 對機
25、床施加靜載荷，測岀機床各部件在不同 靜載荷下的變形，就可以作出各部件的剛度 特性曲線并計算出剛度
-2、工作狀態(tài)測定法
?依據(jù)誤差復(fù)映規(guī)律，進(jìn)行計算
四、機床部件剛度
四、機床部件剛度
x ( u m)
—■ A HI
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
? 1＞變形與作用力不是線
26、性關(guān)系，反映刀 架變形不純粹是彈性變形
III
? 2、加載與卸載曲線不重合，說明有能量 損桑 克服部件內(nèi)零件件摩擦和接觸 塑性變形所做的功
III
? 3、卸載后曲線不回到原點，說明有殘留 變形，反復(fù)加載，殘留變形逐漸接近于0
? 4、部件的實際剛度遠(yuǎn)小于估算剛度
四、機床部件剛度
臨孜二）影響機床部件剛度的因素
1 ?連接表面的接觸變形
a
y
(b)
(a)
零件表面總是存在著宏 觀和微觀的形狀誤差，連接 表面之間的實際接觸面積小 于名義接觸面積。在外力作 用下，這些接觸處將產(chǎn)生較 大的接觸應(yīng)力而引起接觸變 形。既有彈性變形，也有局 部的塑性變形。
27、
零件接觸面在外力作用譙抗接觸變形的能力稱 為接觸剛度。影響接觸剛度的主要因素是接觸表面的 粗糙度、表面形狀誤差、材料的硬度等。
蘆丞綻剛度及受力變形
蘆丞綻剛度及受力變形
蘆丞綻剛度及受力變形
薄弱零件變形示意圖
叱二）影響機床部件剛度的因素
2.部件中薄弱零件的影響
如果部件中有某些剛度很低 的零件時，受力后這些低剛度零 件會產(chǎn)生很大的變形，使整個部 件的剛度降低。如圖所示，由于 床鞍部件中的楔鐵細(xì)長、剛性差, 不易加工平直，加上使用接觸不 良，在外力作用下，就會產(chǎn)生很 大變形，使部件剛度大大降低。
蘆丞
28、綻剛度及受力變形
i五、減少工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度影響措施
蘆丞綻剛度及受力變形
蘆丞綻剛度及受力變形
（一）提高工藝系統(tǒng)的剛度
（二）減小載荷及其變化
厲五、減少工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度影響措施
溢 （一）提高工藝系統(tǒng)的剛度
a)
1.提高工件的剛度
272 F
I
0 .
5?10
b）
增加支承提高工件的剛度
a）采用中心架b）采用跟刀架
壬蘆系統(tǒng)剛度及受力變形
現(xiàn)五、減少工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度影響措施
W
29、 (-)提高工藝系統(tǒng)的剛度
2.提高機床部件的剛度
采用輔助支承提高機床部件的剛度
再蘆痿參剛度及受力變形
五、減少工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度影響措施
矗 (一)提高工藝系統(tǒng)的剛度
3?提高接觸剛度
一般部件的剛度都是接觸剛度低于實體零件 的剛度，所以提高接觸剛度是提高工藝系統(tǒng)剛度 的關(guān)鍵。
常用的提高接觸剛度方法：
(1) 提高機床部件中零件間接合表面的質(zhì)量
(2) 給機床部件以預(yù)加載荷
(3) 提高工件定位基準(zhǔn)
30、面的精度和減小表面器
糙度值
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
閃五、減少工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度影響措施
溢 （一）提高工藝系統(tǒng)的剛度
4?合理裝夾工件，減小夾緊變形
盼五、減少工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度影響措施
（一）提高工藝系統(tǒng)的剛度
4?合理裝夾工件，減小夾緊變形
（一）提高工藝系統(tǒng)的剛度
5?采用補償或轉(zhuǎn)移變形的方法
閃五、減少工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度影響措施
（二
31、）減小載荷及其變化
-適當(dāng)?shù)墓に嚧胧哼x擇合理的刀具幾何 參數(shù)和切削用量，以減小切削力，就可 以減少受力變形
-毛坯分組，使得一次調(diào)整中加工的毛坯 余量比較均勻，就能減小切削力的變化, 潮小復(fù)映誤差
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
六、工件殘余應(yīng)力引起的變形
Y _）毛坯制造和熱處理過程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。
在鑄、鍛、焊、熱處理等加工過程中,由于各部分冷熱收 縮不均勻以及金相組織轉(zhuǎn)變的體積變化,是毛坯內(nèi)部產(chǎn)生了 相當(dāng)大的殘余應(yīng)力,毛坯的結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜,各部分的厚度愈不 均勻,散熱的條件相差愈大,則在毛坯內(nèi)部產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 也愈大。
具有殘余應(yīng)力的毛坯由于殘余應(yīng)力暫時處于相對平衡的狀 態(tài),
32、在短時間內(nèi)還看不出什么變化。當(dāng)加工時某些表面被切 去一層金屬后,就打破了這種平衡,殘余應(yīng)力將重新分布, 零件就明顯地出現(xiàn)了變形。
A
C)
b)
A. B、C均處于塑性狀態(tài)
■ A AA 列
鑄件的殘余應(yīng)力及加工后的變形
（二）冷校直帶來的殘余應(yīng)力。
穹曲的工件（原來無殘余應(yīng)力）要校直,必須使工件 產(chǎn)生反向穹曲，并使工件產(chǎn)生一定的塑性變形。
當(dāng)工件外層應(yīng)力超過屈服強度,其內(nèi)層應(yīng)力還未超過 彈性極限。
去除外力后,由于下部外層已產(chǎn)生拉伸的塑性變形, 故里層的彈性恢復(fù)受到阻礙。結(jié)果上部外層產(chǎn)生殘余拉 應(yīng)力,上部里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力；下部外層產(chǎn)生殘余壓 應(yīng)力,下部里層產(chǎn)生殘余
33、拉應(yīng)力。
冷校直后雖然穹曲減小了 ”但內(nèi)部組織處于不穩(wěn)定狀 態(tài)。
壬蘆系統(tǒng)剛度及受力變形
六、工件殘余應(yīng)力引起的變形
W -
n -
冷校直引起的殘余應(yīng)力
（三）切削加工帶來的殘余應(yīng)力
切削過程中產(chǎn)生的力和熱,被加工工件表面層產(chǎn)生
殘余應(yīng)力。
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
六、工件殘余應(yīng)力引起的變形
減少殘余應(yīng)力可采取的措施:
1）增加消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理工序
如:對焊接.鍛.鑄件進(jìn)行退火或回火；零件淬火后進(jìn)
;對精度高的零件如床身、絲杠、箱體等進(jìn)行實
效處理。
2） 合理安排工藝過程
如：粗、精加工分開在不同的工序中進(jìn)行。
34、
3） 改善零件結(jié)構(gòu),提高零件的鋼性,使壁厚均勻等。
仁心軸Z固定銷3?左定位板：拉桿巳支撐板3?右定位板
7?彈簧套比壓板9?帶眉螺母2?頂絲螺栓門?工件
壬藝系統(tǒng)剛度及受力變形
分析示例1
壬藝系統(tǒng)剛度及受力變形
往外圓磨床上磨削薄壁套筒,工件安裝在夾具 上,當(dāng)磨削外圓至圖紙要求的尺寸（合格），卸下工 件后發(fā)現(xiàn)工件外圓呈鞍形,試分析造成此項誤差的原
因。
‘卩亠八
35、
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
分析示例2
外形是矩形鋁合金薄壁，269mm X 80mm X 0.5mm□
工件的右上角和左下各有一直徑為3mm的通孑「 工件上規(guī)則陣列分布著8彳亍44列共352個1 mm X 0,5mm
試設(shè)計該薄壁鋁合金矩形板的裝夾方案
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
分析示例3
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
試設(shè)計該超細(xì)長變絲徑簧絲加工工藝
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
工藝系統(tǒng)剛度及受力變形
