工艺系统变形导致的加工误差

工艺系统在切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力的作用下，产生相应的变形和振动，将会破坏刀具和工件之间的成形运动的位置关系和速度关系，影响切削运动的稳定性，从而产生各种加工误差和表面粗糙度。

1.切削过程中受力点位置变化引起的加工误差

切削过程中，工艺系统的刚度随切削力着力点位置的变化而变化，会引起系统变形误差，使零件产生加工误差。

①在两顶尖间车削粗而短的光轴时，由于刚度较大，在切削力作用下的变形，相对机床、夹具和刀具的变形要小得多，故可忽略不计，此时，工艺系统的总变形完全取决于机床头、尾架（包括顶尖）和刀架（包括刀具）的变形。工件产生的误差为双曲线圆柱度误差。

图6-3　腰鼓形圆柱度误差

②在两顶尖车削细长轴时，由于工件细长、刚度小，在切削力作用下，其变形大大超过机床、夹具和刀具的变形。因此，机床、夹具结合刀具承受力可忽略不计，工艺系统的变形完全取决于工件的变形。工件产生腰鼓形圆柱度误差如图6-3所示。

2.切削力大小变化引起的加工误差—复映误差

工件的毛坯外形虽然具有粗略的零件形状，但它在尺寸、形状以及表面层材料硬度上都有较大的误差。毛坯的这些误差在加工时使切削深度不断发生变化，从而导致切削力的变化，进而引起工艺系统产生相应的变形，使得零件在加工后还保留与毛坯表面类似的形状或尺寸误差，当然工件表面残留的误差比毛坯表面误差要小得多。这种现象称为“误差复映规律”，所引起的加工误差称为“复映误差”。

除切削力外，传动力、惯性力、夹紧力等其他作用力也会使工艺系统的变形发生变化，从而引起加工误差，影响加工质量。

3.减小工艺系统受力变形的措施

减小工艺系统受力变形，不仅可以提高零件的加工精度，而且有利于提高生产率。因此，生产中必须采取有力措施，减小工艺系统受力变形。

（1）提高工艺系统各部分的刚度

①提高工件加工时的刚度。有些工件因其自身刚度很差，加工中将产生变形而引起加工误差，因此，必须设法提高工件自身刚度。

例如车削细长轴时，为提高细长轴刚度，可采用如下措施：(www.xing528.com)

a.减小工件支撑长度L，为此常采用跟刀架或中心架及其他支撑架。

b.减小工件所受背向力，通常可采取增大前角γ0、主偏角κγ选为90°以及适当减小进给量f和切削深度ap等措施减小Fp。

c.采用反向走刀法，使工件从原来的轴向受压变为轴向受拉。

②提高工件安装时的夹紧刚度。对薄壁件，夹紧时应选择适当的夹紧方法和夹紧部位，否则会产生很大的形状误差。

如图6-4所示的薄壁工件，由于工件本身有形状误差，用电磁吸盘吸紧时，工件产生弹性变形，磨削后松开工件，应弹性恢复工件表面仍有形状误差（翘曲）。解决办法是在工件和电磁吸盘之间垫入一薄橡皮（0.5 mm以下）。当吸紧时，橡皮被压缩，工件变形减小，经几次反复磨削逐渐修正工件的翘曲，将工件磨平。

图6-4　薄壁工件

③提高机床部件的刚度。机床部件的刚度在工艺系统中占有很大的比重，在机械加工时常用一些辅助装置提高其刚度。如图6-5（a）所示为六角车床上提高刀架刚度的装置。该装置的导向加强杆与辅助支撑套或装于主轴孔内的导套配合，从而使刀架刚度大大提高，如图6-5（b）所示。

图6-5　提高刀架刚度的装置

（a）六角车床上提高刀架刚度的装置；（b）该装置的导向加强杆与转塔刀架

（2）提高接触刚度

由于部件的接触刚度远远低于实体零件本身的刚度，因此，提高接触刚度是提高工艺系统刚度的关键，常用的方法有：改善工艺系统主要接触面的配合质量，如机床导轨副、锥体与锥孔、顶尖与顶尖等配合采用刮研与研磨，以提高配合表面的形状精度，降低表面粗糙度。

预加载荷。由于配合表面的接触刚度随所受载荷的增大而不断增大，所以对机床部件的各配合表面施加预紧载荷不仅可以消除配合间隙，而且还可以使接触表面之间产生预变形，从而大大提高接触刚度。例如，为了提高主轴部件刚度，常常对机床主轴轴承进行预紧等。