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1、工艺系统刚度及受力变形机械制造工程2-2霍文国机制系工艺系统刚度及受力变形主 要 内 容o1.复习（提问）o2.预备知识（加工精度、切削力）o3.导入（本节知识在切削中的位置）o4.概述（本节重点、难点）o5.正文（切削力对加工精度影响）o6.收获与体会（提高精度的措施）o7.总结（作业、预习）工艺系统刚度及受力变形卧式车床床身导轨在垂直面内和水平面内的直线度误差对车削轴类零件的加工精度有什么影响？影响程度有何不同？主轴部件主要存在哪几种误差？主轴的回转误差主要有那种形式？并以车床主轴为例，分析其对加工精度的影响？分析在镗内孔时，造成形状和位置误差的原因。上次课内容复习上次课内容复习 工艺系统
2、刚度及受力变形5-1 概 述5-2 加工精度的获得方法5-3 工艺系统的几何精度对加工精度的影响及其控制5-4 工艺系统的受力变形对加工精度的影响及其控制5-5 工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制5-6 加工误差的统计分析5-7 保证和提高加工精度的主要途径第五章第五章机械加工精度机械加工精度工艺系统刚度及受力变形主 要 内 容o1.复习（提问）o2.预备知识（加工精度、切削力）o3.导入（本节知识在切削中的位置）o4.概述（本节重点、难点）o5.正文（切削力对加工精度影响）o6.收获与体会（提高精度的措施）o7.总结（作业、预习）工艺系统刚度及受力变形基本概念基本概念 加工精度加工精度
3、加工精度加工精度尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度 加工误差加工误差加工误差加工误差与理想零件的偏离与理想零件的偏离加工精度的另一描加工精度的另一描述述 工艺系统工艺系统工艺系统工艺系统机床机床刀具刀具夹具夹具工件工件 原始误差原始误差原始误差原始误差工艺系统的误差工艺系统的误差产生加工误差的根源产生加工误差的根源包括工艺系统静误差、包括工艺系统静误差、动误差动误差 研究加工精度方法研究加工精度方法研究加工精度方法研究加工精度方法统计分析法统计分析法工艺系统刚度及受力变形1 1）机械加工精度的概念）机械加工精度的概念加工精度加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、是指零件加工
4、后的实际几何参数（尺寸、形状及各表面相互位置等参数）与理想几何参数形状及各表面相互位置等参数）与理想几何参数的的符合程度符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。符合程度越高，加工精度就越高。反之，越低。反之，越低。理想几何参数理想几何参数表面表面绝对平面、圆柱面等；绝对平面、圆柱面等；位置位置绝对平行、垂直、同轴等；绝对平行、垂直、同轴等；尺寸尺寸位于公差带中心。位于公差带中心。工艺系统刚度及受力变形机械加工精度机械加工精度尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度一般情况下，形状误差应限制在位置公差之内，一般情况下，形状误差应限制在位置公差之内，而位置误差又应限制在尺寸公差之内。而位置
5、误差又应限制在尺寸公差之内。2 2）机械加工精度的组成）机械加工精度的组成工艺系统刚度及受力变形3 3）加工误差与原始误差加工误差与原始误差加工误差加工误差是指是指零件加工后的实际几何参数对理想几何参零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的数的偏离程度偏离程度。加工误差的大小表示了加工精度的高低，。加工误差的大小表示了加工精度的高低，加工误差是加工精度的度量。加工误差是加工精度的度量。由机床、夹具、刀具和工件组成的由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统的机械加工工艺系统的误差误差是工件是工件产生加工误差的根源产生加工误差的根源。我们把工艺系统的各。我们把工艺系统的各种误差称之为种误差称
6、之为原始误差原始误差。使工艺系统各组成部分之间的位置关使工艺系统各组成部分之间的位置关系或速度关系偏离了理想状态，致使系或速度关系偏离了理想状态，致使加工后的零件产生了加工误差。加工后的零件产生了加工误差。工艺系统刚度及受力变形4 4）机械加工误差组成）机械加工误差组成工艺系统刚度及受力变形工艺系统静误差工艺系统静误差主轴回转误差导轨误差传动链误差一般刀具定尺寸刀具成形刀具展成法刀具 试切法调整法外力作用点变化外力方向变化外力大小变化机床几何误差机床几何误差工艺系统几何误差工艺系统几何误差原理误差原理误差调整误差调整误差测量误差测量误差定位误差定位误差工艺系统动误差工艺系统动误差工艺系统力变形
7、工艺系统力变形工艺系统热变形工艺系统热变形工艺系统内应力变形工艺系统内应力变形刀具几何误差刀具几何误差夹具几何误差夹具几何误差机床热变形工件热变形刀具热变形工艺系统刚度及受力变形rFzFrFyFxyFxFxyFxyfv图15 切削力的分解Fr总切削力Fz主切削力Fy吃刀抗力Fx走刀抗力4 4）切削力切削力工艺系统刚度及受力变形切削实例切削实例工艺系统刚度及受力变形 例如车削细长轴时，工件在切削力的作用下会发生例如车削细长轴时，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。变形，使加工出的轴出现中间粗两头细的情况。1 1）车外圆实例车外圆实例工艺系统刚度及受力变形工艺系统：
8、机床、夹具、工件、刀具外力：切削力、传动力、惯性力、夹紧力、重力产生加工误差破坏了刀具、工件间相对位置2 2）工艺系统受力变形现象工艺系统受力变形现象工艺系统刚度及受力变形通过学习切削力对加工精度的影响，掌握工艺刚度和误差复映等概念。本节重点难点和学习方法本节重点难点和学习方法工艺系统刚度及受力变形6-1 概 述6-2 加工精度的获得方法6-3 工艺系统的几何精度对加工精度的影响及其控制6-4 工艺系统的受力变形对加工精度的影响及其控制6-5 工艺系统的热变形对加工精度的影响及其控制6-6 加工误差的统计分析6-7 保证和提高加工精度的主要途径第六章第六章机械加工精度机械加工精度工艺系统刚度及
9、受力变形机械加工中，若想获得准确的尺寸、形状和位置，首先应具备准确的尺寸测量、工件装夹、刀具调整及成形运动等条件，这主要通过使用与零件精度相适应的机床、刀具、夹具、量具及工人的正确操作来实现。但具备了上述条件未必就能获得理想的加工表面，如细长轴的腰鼓、长孔的孔径减小等。这说明还有其它一些影响机械加工精度的因素，如工艺系统的受力变形、热变形等。工艺系统刚度及受力变形在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比工艺系统刚度工艺系统刚度（6-7）式中 k工艺系统刚度；Fp吃刀抗力；X 艺系统位移（切削合力作用下的位移）。工艺系统刚度及受力变形1.工艺系统刚度的概念及其计算工艺系统刚度的概念及其计
10、算物体刚度是一常数，但工艺系统刚度并非如此。工艺系统刚度及受力变形1.工艺系统刚度的概念及其计算工艺系统刚度的概念及其计算工艺系统刚度及受力变形（6-8）式中 k 工艺系统刚度；kjc 机床刚度；kjj 夹具刚度；kd 刀具刚度；kg 工件刚度。工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加。由此可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部分刚度之间的关系：工艺系统刚度计算工艺系统刚度计算工艺系统刚度及受力变形（1 1）在车床顶尖间车削粗而短的光轴）在车床顶尖间车削粗而短的光轴工工艺艺系系统统受受力力变变形形对对加加工工精精度度的的影影响响工艺系统刚度及受力变形2.工艺系统刚度对加工精度的影响工
11、艺系统刚度对加工精度的影响切削力作用点位置变化引起的工件形状误差机床的变形yx=ytj+x=ytj+(ywz-ytj)x/L式中 yx切削点处工件轴线的位移；ytj机床主轴箱的受力变形；ywz尾座的受力变形；ydj刀架的受力变形；L工件的长度。机床的变形（单一因素）变形随受力点变化规律ytjywzydjxFpAABBCCxLFAFByz工艺系统刚度及受力变形 工件加工后成鞍形（图工件加工后成鞍形（图6-226-22）图6-22 机床受力变形引起的加工误差（6-10）工件变形引起的加工误差式中 Xg 工件变形；E 工件材料弹性模量；J 工件截面惯性矩；Fp，L，Z 含义同前。由于工件变形，使工件
12、加由于工件变形，使工件加工后成鼓形（图工后成鼓形（图6-236-23）图6-23 工件受力变形引起的加工误差工艺系统刚度及受力变形（6-11）机床变形和工件变形共同引起的加工误差 工艺系统刚度（6-12）工艺系统刚度及受力变形式中 g 工件圆度误差；m 毛坯圆度误差；k 工艺系统刚度；误差复映系数。（6-13）以椭圆截面车削为例说明（图以椭圆截面车削为例说明（图6-266-26）图6-26 误差复映现象ap11ap22毛坯外形工件外形由于工艺系统受力变形，使毛坯误差部分反映到工件上，此种现象称为“误差复映”切削力大小变化引起的加工误差切削力大小变化引起的加工误差 误差复映误差复映工艺系统刚度及
13、受力变形2.切削力大小变化引起的加工误差误差复映规律工工艺艺系系统统受受力力变变形形对对加加工工精精度度的的影影响响 在切削加工中，由于工件加工余量或材料硬度不在切削加工中，由于工件加工余量或材料硬度不均匀，会引起切削力大小的变化，从而使工艺系统受均匀，会引起切削力大小的变化，从而使工艺系统受力变形不一致而产生加工误差。力变形不一致而产生加工误差。误差复映规律：当毛坯有形状误差或位置误差时，误差复映规律：当毛坯有形状误差或位置误差时，加工后工件仍会有同类的加工误差。但每次走刀后工加工后工件仍会有同类的加工误差。但每次走刀后工误差将逐步减少。误差将逐步减少。工艺系统刚度及受力变形下图为车削有椭圆
14、形圆度误差的短圆柱毛坯外圆下图为车削有椭圆形圆度误差的短圆柱毛坯外圆切削分力切削分力切削分力切削分力F Fp p可表示可表示可表示可表示为：为：为：为：车削时车削时xFc=1，在一次走刀中，在一次走刀中f不变，故不变，故：工艺系统刚度及受力变形车削前圆度误差：车削前圆度误差：车削前圆度误差：车削前圆度误差：车削后圆度误差：车削后圆度误差：车削后圆度误差：车削后圆度误差：误误误误差差差差复复复复映映映映系系系系数数数数工艺系统刚度及受力变形第一次走第一次走第一次走第一次走刀：刀：刀：刀：第第第第n n n n次走刀：次走刀：次走刀：次走刀：则：则：则：则：可见：可见：n，则：，则：；kxt，则：
15、，则：工艺系统刚度及受力变形工艺系统刚度及受力变形1、增加走刀次数可大大减小工件的复映误差、增加走刀次数可大大减小工件的复映误差2、当工件毛坯有形状误差（如圆度、圆柱度、当工件毛坯有形状误差（如圆度、圆柱度、直线度等）或者相互位置误差（如偏心、径向直线度等）或者相互位置误差（如偏心、径向跳动等）时，加工后仍然会有同类的加工误差跳动等）时，加工后仍然会有同类的加工误差出现。在成批大量生产中用调整法加工一批工出现。在成批大量生产中用调整法加工一批工件时，如毛坯尺寸不一，则加工后，这批工件件时，如毛坯尺寸不一，则加工后，这批工件仍有尺寸不一的误差仍有尺寸不一的误差结 论工艺系统刚度及受力变形分析示例1工艺系统刚度及受力变形分析示例1 在外圆磨床上磨削薄壁套筒，工件安装在夹具在外圆磨床上磨削薄壁套筒，工件安装在夹具上，当磨削外圆至图纸要求的尺寸（合格），卸下工上，当磨削外圆至图纸要求的尺寸（合格），卸下工件后发现工件外圆呈鞍形，试分析造成此项误差的原件后发现工件外圆呈鞍形，试分析造成此项误差的原因。因。工艺系统刚度及受力变形分析示例2试设计该超细长变丝径簧丝加工工艺试设计该超细长变丝径簧丝加工工艺工艺系统刚度及受力变形思考题：思考题：2-4、2-8、2-11、2-12、2-14补5-3 工艺系统刚度曲线有什么特点？作作 业：业：2-10工艺系统刚度及受力变形