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2024.10.06

工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差

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  工藝系統(tǒng)在切削力、傳動力、慣性力、夾緊力以及重力等外力的作用下,產生相應的變形和振動,將會破壞刀具和工件之間的成形運動的位置關系和速度關系,影響切削運動的穩(wěn)定性,從而產生各種加工誤差,并使加工表面粗糙和產生波紋度。圖1所示為工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差。

  1. 切削過程中受力點位置變化引起的加工誤差

  切削過程中,工藝系統(tǒng)的剛度隨切削力著力點位置的變化而變化,引起系統(tǒng)變化的差異,使零件產生加工誤差。

  1) 機床的變形。在兩頂尖車削粗而短的光軸時,由于剛度較大,在切削力作用下變形,相比于機床,夾具和刀具的變形要小得多,故可忽略不計;此時,加工系統(tǒng)的總變形完全取決于機床頭、尾架(包括頂尖)和刀架(包括刀具)的變形。工件產生的誤差為雙曲線圓柱度誤差。

  2) 工件變形。在兩頂尖車削細長軸時,由于工件細長,剛度小,在切削力的作用下,其變形大大超過機床、夾具和刀具的變形。因此,機床、夾具結合刀具承受力可忽略不計,工藝系統(tǒng)的變形完全取決于工件的變形。工件產生腰鼓形圓柱度誤差。

  3) 工藝系統(tǒng)總變形。當同時考慮機床和工件的變形時,工藝系統(tǒng)的總變形為兩者和。

  2. 切削力大小變化引起的加工誤差-復映誤差

  工件的毛坯外形雖然具有粗略的零件形狀,但它在尺寸、外形以及表面層材料硬度上都有較大的誤差。毛坯的這些誤差在加工時使切削深度不斷發(fā)生變化,從而導致切削力變化,進而引起工藝系統(tǒng)產生相應的變形,使得零件在加工后還保留與毛坯表面類似的形狀或尺寸誤差。當然工件表面殘留的誤差比毛坯表面誤差要小得多。這種現(xiàn)象稱為誤差復映規(guī)律,所引起的加工誤差稱為復映誤差。

  3. 夾緊力和重力引起的變形

  除切削力外,傳動力、慣性力、夾緊力等其他作用力也會使工藝系統(tǒng)發(fā)生變化,從而引起加工誤差,影響加工質量。裝夾時,工件剛性較差或夾緊力大小不當時也會使工件產生相應的變形,造成加工誤差。圖2所示為自定心卡盤加持薄壁工件誤差示意圖。為了減少加工誤差,應使夾緊力均勻分布,可采用開口過渡環(huán)裝夾,如圖2d所示。

  4. 減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施

  減小工藝系統(tǒng)受力變形,不僅可以提高零件的加工精度,而且有利于提高生產率。因此,生產中必須采取有效措施,減小工藝系統(tǒng)受力變形。

  (1) 提高工藝系統(tǒng)各部分剛度提高工件加工時的剛度,有些工件因其自身剛度很差,加工中將產生變形而引起加工誤差,因此必須設法提高工件自身剛度。

  (2) 提高工件安裝時的夾緊剛度對薄壁件,夾緊時應選擇適當?shù)膴A緊方法和夾緊部位。

  (3) 提高機床部件的剛度機床部件的剛度在工藝系統(tǒng)中占有很大的比重,在機械加工時常用一些輔助裝置提高其剛度。

  (4) 提高接觸剛度由于部件的接觸剛度遠遠低于實體零件本身的剛度,因此,提高接觸剛度是提高工藝系統(tǒng)剛度的關鍵,常用方法如下:

  1) 改善工藝系統(tǒng)主要接觸面的配合質量。如機床導軌副、錐體與錐孔、頂尖與頂尖等配合采用刮研與研磨,以提高配合表面的形狀精度,降低表面粗糙度值。

  2) 預加載荷。由于配合表面的接觸剛度隨所受載荷的增大而不斷增大,所以對機床部件的各配合表面施加預緊載荷不僅可以消除配合間隙,而且還可以使接觸表面之間產生預變形,從而大大提高接觸剛度。


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