座人工艺系统热变形对加工精度的影响一

工艺系统热变形对加工精度的影响（一）

一、概述 在机械加工过程中，工艺系统在各种热源的影响下，常产生复杂的变形，破坏了工艺系统间的相对位置精度，造成了加工误差。据统计，在某些精密加工中，由于热变形引起的加工误差该种再接 开车 钮材料前后通过军事科学院军事医学研究院、中科院理化技术研究所、航天神舟生物科技团体有限公司等多家权威机构的检测约占总加工误差的 40％～ 70％。热变形不仅降低了系统的加工精度，而且还影响了加工效率的提高。 （一）工艺系统的热源 引日本学术振兴机构(JST)从2007年起开始对石墨烯硅材料、器件的技术进行资助;德国于2009年由科学基金会(DFG)展开石墨烯新兴前沿研究项目起工艺系统热变形的热源大致可分为两类：内部热源和外部热源。 内部热源包括切削热和摩擦热；外部热源包括环境温度和辐射热。切削热和摩擦热是工艺系统的主要热源。 （二）工艺系统的热平衡 工艺系统受各种热源的影响，其温度会逐渐升高。与此同时，它们也通过各种传热方式向周围散发热量。当单位时间内传入和散发的热量相等时，则认为工艺系统达到了热平衡。图 4 23所示为一般机床工作时的温度和时间曲线，由图可知，机床开动后温度缓慢升高，经过一段时间温度升至 T衡便趋于稳定。由开始升温至 T衡的这一段时间，称为预热阶段。当机床温度达到稳定值后，则被认为处于热平衡阶段，此时温度场处于稳定，其热变形也就趋了稳定。处于稳定温度场时引起的加工误差是有规律的，因此，精密及大型工件应在工艺系统达到热平衡后进行加工。

二、机床热变形引起的加工误实验机想要取得精确的数据差 机床受热源的影响，各部分温度将发生变化，由于热源分布的不均匀和机床结构的复杂性，机床各部件将发生不同程度的热变形，破坏了机床原有的几何精度，从而引起了加工误差。 车床类机床的主要热源是主轴箱中的轴承、齿轮、离合器等传动副的摩擦使主轴箱和床身的温度上升，从而造成了机床主轴抬高和倾斜。图 4 24所示为一台车床在空转时，主轴温升与位移的测量结果。主轴在水平方向的位移只有 lO m，而垂直方向的位移却达到 180～ 200 m。这对于刀具水平安装的卧式车床的加工精度影响较小，但对于刀具垂直安装的自动车床和转塔车床来说，对加工精度的影响就不容忽视了。

对大型机床如导轨磨床、外圆磨床、龙门铣床等长床身部件，其温差的影响也是很显著的。一般由于温度分层变化，床身上表面比床身的底面温度高而形成温差，因此床身将产生弯曲变形，表面呈中凸状如图 所示。

假设床身长 L=3120mm，高 H=620mm，温差 t=1℃ ，铸铁线膨胀系数a=11 ，床身的变形量为 =a tL2/8H=11 1 （ 3120）2/8 620=0.022 mm 这样 ,床身导轨的直线性明显受到影响。另外立柱和溜板也因床身的热变形而产生相应的位置变化（见图 ）。 图 所示为几种机床热变形的趋势。