工件热变形对加工精度的影响分析

在工艺系统热变形中，机床热变形最为复杂，工件、刀具的热变形相对来说要简单一些。这主要是因为在加工过程中，影响机床热变形的热源较多，也较复杂，而对工件和刀具来说，热源比较简单。因此，工件和刀具的热变形常可用解析法进行估算和分析。

使工件产生热变形的主要是切削热。对于精密零件，周围环境温度和局部受到日光等外部热源的辐射热也不容忽视。工件的热变形可以归纳为两种情况来分析。

1．工件比较均匀地受热

一些形状较简单的轴类、套类、盘类零件的内、外圆加工时，切削热比较均匀地传入工件，如不考虑工件温升后的散热，其温度沿工件全长和圆周的分布都是比较均匀的，可近似地看成均匀受热。因此，其热变形可以按物理学计算热膨胀的公式求出。

长度上的热变形量（mm）：

直径上的热变形量（mm）：

式中　L、D—工件原有长度、直径（mm）；

α1—工件材料的线膨胀系数（钢为铸铁为铜为

Δ t—温升（℃）。

加工盘类和长度较短的销轴、套类零件时，由于走刀行程很短，可以忽略在沿工件轴向位置上切削时间（即加热时间）先后的影响，因此引起的工件纵向方向上的误差可以忽略。车削较长工件时，由于在沿工件轴向位置上切削时间有先后，开始切削时工件温升近乎为零，随着切削的进行，温升逐渐增加，工件直径随之逐渐变大，至走刀终了时工件直径胀大最多，因而车刀的背吃刀量将随走刀逐渐增大，工件冷却收缩后外圆表面就会产生圆柱度误差

通常，杆件的长度尺寸精度要求不高，热变形引起的伸长可以不用考虑。但当工件以两顶尖定位，工件受热伸长时，如果顶尖不能轴向位移，则工件受顶尖的压力将产生弯曲变形，这时对加工精度影响就变大了。因此，当加工精度较高的轴类零件时，如磨外圆、丝杠等，宜采用弹性或液压尾顶尖。(www.xing528.com)

一般来说，工件热变形在精加工中影响比较严重，特别是长度长而精度要求很高的零件。磨削丝杠就是一个突出的例子。若丝杠长度为2m，每磨一次其温度相对于机床母丝杠升高了约3℃，丝杠的伸长量：

而6 级丝杠的螺距累积误差在全长上不允许超过0.02mm，由此可见热变形的严重性。

通常可不必考虑工件的热变形对粗加工加工精度的影响，但是在工序集中的场合下，其会给精加工带来麻烦。

案例分析

例如，在一台三工位的组合机床上，第一个工位是装卸工件，笫二个工位是钻孔，第三个工位是铰孔。工件尺寸为欲加工孔的尺寸为 20mmφ，材料为铸铁。钻孔时转速n= 500r·min-1，进给量f =0.3mm·r-1，温升达100℃，则工件在直径上的膨胀量为

钻孔完毕后接着铰孔，工件完全冷却后孔径收缩量已与IT7 级精度的公差值相等了。所以说，在这种场合下，粗加工的工件热变形就不能忽视了。

为了避免工件粗加工时热变形对精加工时加工精度的影响，在安排工艺过程时应尽可能把粗、精加工分开在两个工序中进行，以使工件粗加工后有足够的冷却时间。

2．工件不均匀受热

铣、刨、磨平面时，除在沿进给方向有温度差外，更严重的是工件只是单面受到切削热的作用，上下表面间的温度差将导致工件向上拱起，加工时中间凸起部分被切去，冷却后工件变成下凹，造成平面度误差。