机械加工中，工艺系统在各种热源的作用下产生一定的热变形。细长轴在顶尖间车削时，热变形将引起工件内部的热应力，造成工件热伸长，导致其弯曲变形。如图6-14所示的虚线表示车床的热变形。因而，必须采取措施控制工艺系统温度变化，保持温度稳定。当加工中工艺系统热变形不可避免地存在时，常采取一些补偿措施予以消除，例如数控机床中，滚珠丝杠工作时产生的热变形可采用“预拉法”予以消除。......
2023-06-29
工艺系统的受力变形优化方案
【摘要】：弹性系统在外力作用下抵抗变形的能力称为刚度。机床刚度是机床各部件抵抗变形的能力，机床刚度不足会使工艺系统变形增大，产生较大的加工误差。由于工艺系统的变形等于各组成部分变形之和，即YS=Y机床+Y刀架+Y工件+Y夹具，故工艺系统刚度的一般表达式为3.机床刚度的测定机床刚度的测定方法通常有静刚度单向测定法、三向静载测定法、生产测定法。
1.基本概念
由机床、夹具、工件、刀具所组成的工艺系统是一个弹性系统，在加工过程中由于切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力的作用，会产生弹性变形，从而破坏了刀具与工件之间的准确位置，产生加工误差。例如车削细长轴时（见图6-9），在切削力的作用下，工件因弹性变形而出现“让刀”现象。随着刀具的进给，在工件的全长上切削深度将会由多变少，然后由少变多，结果使零件产生腰鼓形。
弹性系统在外力作用下抵抗变形的能力称为刚度。切削加工中，工艺系统各部分在各种外力的作用下，将在各个受力方向上产生相应的变形，如图6-10所示，其中，对加工精度影响最大的那个方向上的力和变形的分析计算更有意义。因此，工艺系统刚度K 定义为零件加工表面法向分力Fy （N）与刀具在切削力作用下，相对工件在该方向上位移YS （mm）的比值，即
图6-9 细长轴车削时受力变形
图6-10 轴类零件受力变形
2.工艺系统的刚度计算
（1）工件的刚度（K工件）。工件的刚度可按材料力学中有关悬臂梁和双支点架的公式求得（见图6-10）。
悬壁梁的刚度：
双支点梁的刚度：
式中 L——工件的长度（mm）；
E——材料的弹性模量（N/mm2）；
I——工件断面的惯性矩（mm4）；
Y工件1——外力作用在梁端点的最大位移（mm）；
Y工件2——外力作用在梁中点的最大位移（mm）。
（2）刀具的刚度（K刀具）。对于车刀，因变形甚微可忽略不计，对于镗孔和磨内孔可按悬臂梁计算。
（3）夹具的刚度（K夹具）。机床夹具按机床部件处理，不再单独计算。
（4）机床刚度（K机床）。机床刚度是机床各部件抵抗变形的能力，机床刚度不足会使工艺系统变形增大，产生较大的加工误差。
图6-11 计算车床静刚度
设工件、刀具、夹具、床身的刚度足够大，其变形量忽略不计，则机床的刚度可方便地计算出来。如图6-11所示，若法向分力为Fy作用在工件左端X 处，则机床头座（主轴箱）所受的力为Fy×（L-X）/L，尾座所受力为
，刀架所受力为Fy，即
刀架产生的变形：
头座产生的变形：
尾座产生的变形：
这时，机床在X 处沿Y 方向的总变形为
Y机床=Yx+Y刀架
其中
将Y 刀架、Y 尾架、Yx代入，得机床刚度为
实际上，由于机床部件受力变形很复杂，故采用上述计算方法得到的结果往往有较大的误差。因此，常常采用实测法来求机床的刚度。
（5）工艺系统刚度。由于工艺系统的变形等于各组成部分变形之和，即YS=Y机床+Y刀架+Y工件+Y夹具，故工艺系统刚度的一般表达式为
3.机床刚度的测定
机床刚度的测定方法通常有静刚度单向测定法、三向静载测定法、生产测定法。现以三向静载测定法为例，介绍机床刚度的测定方法。
图6-12所示为三向静载测定装置。测量对机床处于静止状态，在半圆弓形体1 上每隔15°有一螺孔，依照实际加工时切削分力Fx和Fy的比例，把加力螺杆2 旋入相应的螺孔。加力螺杆2 与可转刀头14 之间放置测力环3。再按照所模拟的Fx和Fy的比例，将测力装置旋转到相应的位置。然后连续施加载荷并由床头、尾座及刀架上的三个百分表分别测出相应的变形量，绘制出各有关部件的刚度曲线，求出在一定载荷范围内的平均刚度。
图6-12 三向静载测定法
1—半圆弓形体；2—加力螺杆；3—测力环；4—百分表底座；5—水平对刀块；6—高度对刀块；7—固定销；8—活动销；9—固定套；10—固定螺钉；11—尾座套筒；12—后顶尖；13—夹紧螺钉；14—可转刀头；15—刀杆
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