29.2.2工艺系统受力变形所引起的误差

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① 基本概念。机械加工过程中由机床、夹具、刀具、工件组成的工艺系统在切削力、 夹紧力、传动力、重力和惯性力等作用下会产生相应的弹性变形及塑性变形。另外，由于工 艺系统中某些配合元件间存在着间隙，在力的作用下配合元件间也可能产生消除间隙的位 移。由于变形和位移，破坏了已经调整好的刀具和工件之间的相对位置，给工件造成几何形 状和尺寸误差。

工艺系统刚度对加工精度的影响可分为以下常见形式：由于切削力作用点位置变化而使 工件产生的形状误差；由于切削力大小变化产生的加工误差；工艺系统其他作用力影响引起 的误差等。

应当指出，在加工过程中，工艺系统在各种力的作用下，将在各个受力方向上产生相应 的位移，从加工精度的观点出发，零件被加工表面在其法线方向相对刀具的位移，对加工精 度的影响最大。

② 工艺系统的刚度是由工件、机床、刀具的刚度决定的，所以为保证加工精度，必须 对工艺系统各环节的刚度分析研究。

刀具的刚度同刀具的结构和工作条件有关，加工时，由于刀具的变形，吃刀量的多少会 使加工工件产生形状误差。

③ 提高工艺系统刚度的措施。提高夹具的刚度、被加工零件的抵抗刀具切削力不变的 能力。要从这几方面入手：增加辅助支撑、合理安排切削用量、选择合适角度的刀具等。总 之，在切削力作用下，使得工件、夹具变形最小。

29. 2. 3工艺系统受热变形所引起的误差

加工过程中，工艺系统在热作用下将产生变形。由于系统各组成部分的热容、线胀系 数、受热和散热条件不尽相同，各部分热膨胀情况也不完全一样，常产生复杂的变形，从而 破坏丁工件与刀具的相对运动或相对位置的准确性，引起加工误差。工艺系统热变形对加 工精度的影响，对精加工和大件加工来说尤其突出。为避免热变形的影响，精密机床在加工 前常需进行机床空运转预热，为此花费很多时间，影响了机床的效率。有时由于机床局部的 急剧升温常使机床不能正常工作。因此，不能忽视工艺系统热变形的影响。

① 工艺系统的热源可分为两大类：内部热源和外部热源’它们分别来自切削过程本身

和切削时的外部条件。

a.切削热切削时，随着切屑的形成而产生的热量称为切削热。切削热的产生与被加 工材料的性能Y切削用量、刀具的几何参数等因素有关。切削热的大小取决于切削力的大小 和切削速度的髙低。

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b.摩擦热。

C.环境温度和辐射热。环境温度主要是指不同时刻的室温变化及室内不同位置的温差， 它们会使工艺系统产生热变形。环境温度主要与采暖通风的方式有关。阳光、灯光、取暖设 备和人体都会发出辐射热，使工艺系统产生变形。在精密加工中辐射热是不可忽视的。

② 减少机床、工件、刀具的热变形对加工精度的影响。可从加工工艺方面考虑减少热 量的产生，充分冷却、在机床达到热平衡后再进行加工；恒温控制机床等。

刀具的热变形，一般影响工件的尺寸精度，如高速钢车刀粗加工时热变形伸长量达

0. 03〜0. 05mm。

29.2.4工件内应力所引起的误差

(1) 内应力的概念及特点

零件在外载荷去除后，其内部仍存在的应力称为残余内应力，简称内应力。具有内应力 的零件，在外观上一般没有什么表现，只有当应力值超过材料的强度极限时，零件才会出现 裂纹；内应力的存在使零件在使用过程中也会产生变形，使原有的精度逐渐丧失。

(2) 内应力产生的原因

① 热应力。主要是由于零件各个部分冷却收缩不均匀所致。

② 塑变应力。塑变应力主要是由于工件在冷态受力较大，局部发生塑性变形所致。

③ 组织应力。加工过程中，由于工件表面切削热的作用，使表面层的金相组织发生转 变，使工件表面层产生了内应力。

(3) 减少或消除内应力的措施

用铸、锻、焊等工艺获得的毛坯零件在粗加工后都要进行自然时效、人工时效或振动时 效。在机器零件的结构设计中，尽量减少各部分的壁厚差。尽量不采用冷校直，对于精密件 严禁冷校直。切削加工过程中，设法减少切削力和切削热。

模具零件加工后，一般都会产生内应力，由于模具生产周期关系，不允许退火处理，只 有釆用正火处理来消除内应力。同时在设计时采用预硬钢、镶块结构，零件形状避免尖角、 清角设计，正确选用热处理工艺。