工艺系统受力变形引起的加工误差讲解学习.ppt
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1、LOGO工工艺艺系系统统受力受力变变形引起的加工形引起的加工误误差差本节教学要求:本节教学要求:(1 1)了解工艺系统刚度的概念;)了解工艺系统刚度的概念;(2 2)掌握工艺系统受力变形引起的误差对加工精)掌握工艺系统受力变形引起的误差对加工精度的影响;度的影响;(3 3)掌握减小工艺系统受力变形的措施。)掌握减小工艺系统受力变形的措施。本本节节教教学学要要求求第四节第四节 工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差本节教学重点:本节教学重点:减小工艺系统受力变形的措施。减小工艺系统受力变形的措施。本本节节教教学学重重点点第四节第四节 工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受
2、力变形引起的加工误差工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析 工艺系统的受力变形是加工中一项很重要的原工艺系统的受力变形是加工中一项很重要的原始误差。它不仅严重影响加工精度,而且还影响表始误差。它不仅严重影响加工精度,而且还影响表面质量,也限制切削用量和生产率的提高。面质量,也限制切削用量和生产率的提高。第四节第四节 工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差一、工艺系统刚度分析一、工艺系统刚度分析工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析 工艺系统是由机床、刀具、夹具和工件组成的,工艺系统是由机床、刀具、夹具和工件组成的,在切削力、传动力、惯性力以及重力作用下,将产在切削力、传动力、惯性力以
3、及重力作用下,将产生弹性、塑性变形和振动。这种变形和振动,将破生弹性、塑性变形和振动。这种变形和振动,将破坏刀具和工件之间的成形运动的位置关系和速度关坏刀具和工件之间的成形运动的位置关系和速度关系,还影响切削运动的稳定性,从而产生各种系,还影响切削运动的稳定性,从而产生各种加工加工误差误差和表面粗糙度。和表面粗糙度。(一)刚度的概念(一)刚度的概念第四节第四节 工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统受力变形引起的加工误差 工艺系统的受力变形引起的加工误差工艺系统的受力变形引起的加工误差车削细长轴时,在车削细长轴时,在切削力的作用下,切削力的作用下,工件因弹性变形,工件因弹性变形,而出现而出现“
4、让刀让刀”,随着刀具的进给,随着刀具的进给,在工件的全长上切在工件的全长上切削深度由多变少,削深度由多变少,又由少变多,结果又由少变多,结果使零件产生腰鼓形。使零件产生腰鼓形。工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析 工艺系统的受力变形引起的加工误差工艺系统的受力变形引起的加工误差 薄壁零件夹紧时,由于夹紧力的影响,会引薄壁零件夹紧时,由于夹紧力的影响,会引起很大的形状误差。起很大的形状误差。工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析 工艺系统的受力变形引起的加工误差工艺系统的受力变形引起的加工误差镗孔时,在切削力镗孔时,在切削力的作用下,刀杆因的作用下,刀杆因产生弯曲变形,而产生弯曲变形,而出现出现“让刀让刀
5、”,随,随着刀具的进给,在着刀具的进给,在工件的全长上切削工件的全长上切削深度由多变少,又深度由多变少,又由少变多,结果使由少变多,结果使零件产生锥形。零件产生锥形。工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析 工艺系统的受力变形引起的加工误差工艺系统的受力变形引起的加工误差 在在内内圆圆磨磨床床上上用用横横向向切切入入磨磨孔孔时时,由由于于内内圆圆磨磨头头主主轴轴弯弯曲曲变变形形,磨磨出出的的孔孔会会带带有有锥锥度度的的圆圆柱柱度度误误差差。精精度度外外圆圆一一般般到到磨磨削削后后期期需需进进行行无无进进给给磨磨削削,多多次次无无进进给给磨磨削削消消除除工工艺艺系系统统受力变形。受力变形。工工艺艺系系统
6、统刚刚度度分分析析1.1.物体的刚度物体的刚度 任何一个物体受力后总要产生一些变形。作用力任何一个物体受力后总要产生一些变形。作用力F与其作用下产生的变形量与其作用下产生的变形量y的比值,称为物体的刚的比值,称为物体的刚度。度。工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析(一)刚度的概念(一)刚度的概念 工艺系统刚度工艺系统刚度kxt:工件加工表面的法向分力:工件加工表面的法向分力FP与总切削力(与总切削力(Fc、Fp、Ff)作用下产生的沿法向的)作用下产生的沿法向的变形变形yxt之间的比值。之间的比值。2.2.工艺系统刚度工艺系统刚度 切削加工中,在各种外力作用下,工艺系统各部切削加工中,在各种外力作用
7、下,工艺系统各部分将在各个受力方向产生相应的变形。对于工艺系统分将在各个受力方向产生相应的变形。对于工艺系统受力变形,主要研究误差敏感方向。受力变形,主要研究误差敏感方向。工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析(一)刚度的概念(一)刚度的概念部件受力变形和零件受力变形的关系部件受力变形和零件受力变形的关系2.2.工艺系统刚度工艺系统刚度工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析 工艺系统工艺系统的受力变形应等于各环节在误差敏感的受力变形应等于各环节在误差敏感方向的变形之和。即:方向的变形之和。即:2.2.工艺系统刚度工艺系统刚度工艺系统刚度计工艺系统刚度计算的一般式为算的一般式为工工艺艺系系统统刚刚度度分分析
8、析 工件用三爪卡盘装夹,工件的变形可按悬臂梁计算:工件用三爪卡盘装夹,工件的变形可按悬臂梁计算:最大变形:最大变形:最小刚度为:最小刚度为:(二)工件、刀具的刚度(二)工件、刀具的刚度1.1.工件的刚度工件的刚度 形状规则、简单的工件的刚度可用有关力学公式形状规则、简单的工件的刚度可用有关力学公式推算。如长轴工件用两顶尖装夹,工件的变形可按简推算。如长轴工件用两顶尖装夹,工件的变形可按简支梁计算:支梁计算:最大变形:最大变形:最小刚度:最小刚度:工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析 如用镗杆悬臂镗削工件时,刀具的变形可按悬臂如用镗杆悬臂镗削工件时,刀具的变形可按悬臂梁计算:梁计算:最大变形:最大变
9、形:最小刚度为:最小刚度为:2.2.刀具的刚度刀具的刚度 当刀具的形状比较简单时,其刚度也可用有关力当刀具的形状比较简单时,其刚度也可用有关力学公式推算。学公式推算。工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析(二)工件、刀具的刚度(二)工件、刀具的刚度静刚度测量静刚度测量(三)机床部件的刚度及特点(三)机床部件的刚度及特点 由于由于机床部件刚度机床部件刚度的复杂性,很难用理的复杂性,很难用理论公式计算,刚度计论公式计算,刚度计算主要通过实验方法算主要通过实验方法来测定。来测定。下页图为用下页图为用实验方法测出的车床实验方法测出的车床刀架部件的刚度曲线。刀架部件的刚度曲线。工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析
10、车床刀架部件静刚度曲线车床刀架部件静刚度曲线工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析(三)机床部件的刚度及特点(三)机床部件的刚度及特点 从从机床静刚度曲线机床静刚度曲线可以看出:可以看出:1 1)刚度曲线不是直线,力和变形不成线性关系。)刚度曲线不是直线,力和变形不成线性关系。这表明部件的变形不单纯是弹性变形。这表明部件的变形不单纯是弹性变形。车床刀架部件静刚度曲线车床刀架部件静刚度曲线工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析(三)机床部件的刚度及特点(三)机床部件的刚度及特点 2 2)加载曲线与卸载曲线不重合。两曲线间的包)加载曲线与卸载曲线不重合。两曲线间的包容面积代表循环中消耗的能量,即消耗在零件间的
11、接容面积代表循环中消耗的能量,即消耗在零件间的接触变形、摩擦和塑性变形所作的功。触变形、摩擦和塑性变形所作的功。车床刀架部件静刚度曲线车床刀架部件静刚度曲线工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析(三)机床部件的刚度及特点(三)机床部件的刚度及特点 3 3)加载曲线与卸载曲线不封闭。图中第一次加)加载曲线与卸载曲线不封闭。图中第一次加载、卸载后曲线回不到原点,说明部件中存在间隙和载、卸载后曲线回不到原点,说明部件中存在间隙和残余变形。残余变形。车床刀架部件静刚度曲线车床刀架部件静刚度曲线工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析(三)机床部件的刚度及特点(三)机床部件的刚度及特点 4 4)部件的刚度远比同样实体
12、零件的刚度低得多。)部件的刚度远比同样实体零件的刚度低得多。因为机床部件由许多零件组成,零件之间存在因为机床部件由许多零件组成,零件之间存在着结合面、配合间隙和刚度薄弱环节,机床部件刚着结合面、配合间隙和刚度薄弱环节,机床部件刚度受这些因素影响,特别是薄弱环节对部件刚度影度受这些因素影响,特别是薄弱环节对部件刚度影响较大响较大 。车床刀架部件静刚度曲线车床刀架部件静刚度曲线工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析(三)机床部件的刚度及特点(三)机床部件的刚度及特点 机床部件的刚度除与本身的结构及材料性能有关机床部件的刚度除与本身的结构及材料性能有关外,还受下列因素影响。外,还受下列因素影响。(四)影响
13、机床部件的刚度的因素(四)影响机床部件的刚度的因素 零件表面总是存在着宏零件表面总是存在着宏观和微观的形状误差,连接观和微观的形状误差,连接表面之间的实际接触面积小表面之间的实际接触面积小于名义接触面积。在外力作于名义接触面积。在外力作用下,这些接触处将产生较用下,这些接触处将产生较大的接触应力而引起接触变大的接触应力而引起接触变形。既有弹性变形,也有局形。既有弹性变形,也有局部的塑性变形。部的塑性变形。工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析1.1.连接表面的接触变形连接表面的接触变形连接表面间的接触变形连接表面间的接触变形 零件接触面在外力作用下抵抗接触变形的能力称零件接触面在外力作用下抵抗接触变
14、形的能力称为为接触刚度接触刚度。影响接触刚度的主要因素是。影响接触刚度的主要因素是接触表面的接触表面的粗糙度粗糙度、表面形状误差表面形状误差、材料的硬度材料的硬度等。等。工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析(四)影响机床部件的刚度的因素(四)影响机床部件的刚度的因素薄弱零件变形示意图薄弱零件变形示意图 如果部件中有某些刚度如果部件中有某些刚度很低的零件时,受力后这些很低的零件时,受力后这些低刚度零件会产生很大的变低刚度零件会产生很大的变形,使整个部件的刚度降低。形,使整个部件的刚度降低。如图所示,由于床鞍部件中如图所示,由于床鞍部件中的楔铁细长、刚性差,不易的楔铁细长、刚性差,不易加工平直,加上使
15、用接触不加工平直,加上使用接触不良,在外力作用下,就会产良,在外力作用下,就会产生很大变形,使部件刚度大生很大变形,使部件刚度大大降低。大降低。2.2.部件中薄弱零件的影响部件中薄弱零件的影响工工艺艺系系统统刚刚度度分分析析(四)影响机床部件的刚度的因素(四)影响机床部件的刚度的因素3.3.零件间的间隙和摩擦力的影响零件间的间隙和摩擦力的影响 零件配合面间的间隙对部件刚度的影响,主要反零件配合面间的间隙对部件刚度的影响,主要反映在载荷经常变化的镗床和铣床上。当载荷方向改变映在载荷经常变化的镗床和铣床上。当载荷方向改变时,间隙引起的位移,影响刀具与零件表面间的准确时,间隙引起的位移,影响刀具与零
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