机床及加工件温度变形及其对量具和刀具的影响

一般说来，在加工过程中，机床、工件和刀具系统的温度状况是有变化的。由于温度升高，使机床、工件、刀具、量具等发生变形，从而影响加工精度。

1.机床（包括夹具）的温度变形

机床的发热主要是由于轴承、齿轮及导轨等部分的摩擦作用所引起的。

机床的温度变形多由试验法求出。根据铣床滑动轴承试验的资料，在端铣时（主轴转速为814r/min，运转1.7h以后），由于轴承的摩擦热而产生的主轴长度变化，使主轴端面到工作台的距离减少了0.17mm。又如对转塔车床的试验结果指出，当机床运转1h后，由于主轴发热，主轴在水平方向，向操作者的方向移动了0.01mm，在垂直方向升高了0.05mm。由这些例子可知，机床发热后的变形改变了刀具与工件应有的相对位置，因而造成加工误差。

为了避免因机床的温度变化而影响其加工精度，工作时常先开动机床让它空转一段时间，等到温度稳定以后再进行加工。

2.刀具的温度变形

在切削过程中，切削热虽然大部分被切削液带走，分布到刀具上的热量并不多，但是切削刃的温度仍可达到很高的数值，使刀具变形，影响加工精度。

根据试验，车刀的发热在开始工作20～25min后才达到平衡（即进入刀具的热量等于刀具扩散到周围介质中去的热量）。车刀在开始工作的6～7min里出现了急剧的伸长，达到它最大伸长量的2/3，在高速精车35CrMo阀杆时，伸长量竟达0.05mm以上。这样在加工直径为120～180mm的阀杆时，仅仅由于车刀的发热，工件就只能达到IT9、IT10公差等级了。

刀具温度变形对加工精度的影响，在使用尺寸刀具与成形刀具进行精加工时，将更加显著。

3.工件的温度变形

在加工过程中，由于切削热会使工件温度升高，因而也会引起加工误差。例如加工直径为100mm的钢制阀杆时，当温度从20°C升高到60°C时，直径增加d=0.000012×100×（60-20）mm=0.048mm（0.000012为线胀系数），即由于工件发热而产生的误差约近0.05mm，对加工精度影响很大。而工件受热后，在长度方面会伸长，因而也会引起工件的弯曲。例如在重型车床上加工长达4m的轴时，如果温度升高50°C，将会使轴伸长2mm，这时工件假如安装在顶尖之间工作，将引起顶尖的强烈磨损，同时工件本身发生变形。因而工人就必须时时将后顶尖退出工件的伸长量。为了避免这种缺陷，在加工时，常考虑让工件有一定方向伸长的自由度。(www.xing528.com)

在薄壁工件上切去很大加工余量时，这种热变形特别显著。如在磨床上磨削薄壁套筒外圆时，如图3⁃31所示，套筒装在心轴上，两端紧固，在加工时工件由于温度升高而伸长，使工件向外鼓起，结果加工后成了细腰形。

如果工件受热不均匀，则不但尺寸有变化，而且几何形状也将改变。例如在刨削平面时，工件一面受热，发生变形，如果不等它冷却，就着手加工其另一面，则将会发现工件在完全冷却以后，它的几何形状发生改变。

为了减轻工件温度变形对加工精度的影响，在粗加工和半精加工之间，必须使工件有冷却的时间，特别是对于薄壁工件。加工时使用切削液，也可得到良好的效果。

4.量具的温度变形

量具的温度变形会使工件的精度无法保证。在调整机床时所使用的量具如果因温度升高而发生变形，则直接影响了加工精度。

应该注意在度量时量具与工件的温度。例如，用钢制的量具测量铸铁或钢制的工件时，温度相差1°C，则将在1000mm的长度上引起0.01mm的误差。这种误差在量具与工件材料不同（如测量有色金属的工件）的情况下，将更为显著。

量规的正确尺寸应该是在20°C的时候。例如一个直径为100mm的铝制零件，在温度为40°C的地方进行测量，它的尺寸要比在20°C时大2.4×20μm=48μm（2.4为铝的线胀系数）。但是量规只增大1.2×20μm=24μm（1.2为Cr钢的线胀系数）。这样，由于量具温度变形而引起的误差已有24_μm，相当于IT7公差等级的偏差了。

所以在测量时，应尽量保持正常的测量温度，以获得正确的测量结果。

图3⁃31 薄壁工件在磨削时发热变形，加工后呈细腰形