楊小博 雷凱

摘 要：隨著機(jī)械加工制造水平的不斷提高，對(duì)機(jī)械加工的精度也提出了更高的要求。然而機(jī)械加工工藝系統(tǒng)運(yùn)行中，因受熱影響可能出現(xiàn)變形問(wèn)題，直接導(dǎo)致刀具與工件運(yùn)動(dòng)、幾何關(guān)系被破壞，由此產(chǎn)生加工誤差，不利于加工精度的提高。這就要求結(jié)合工藝系統(tǒng)熱變形實(shí)際情況，采取相應(yīng)的控制策略。本文將對(duì)加工精度受工藝系統(tǒng)熱變形影響以及控制熱變形影響的具體措施進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：加工精度；工藝系統(tǒng)；熱變形；控制

作為衡量機(jī)械設(shè)備質(zhì)量的重要指標(biāo)，零件加工精度的影響因素很多，如受力變形問(wèn)題，系統(tǒng)幾何精度，熱變形等。其中以熱變形帶來(lái)的影響最為突出。因此，對(duì)加工精度受工藝系統(tǒng)熱變形的影響與控制進(jìn)行研究，具有十分重要的意義。

一、加工精度受工藝系統(tǒng)熱變形影響分析

1.刀具熱變形影響。工藝系統(tǒng)運(yùn)行中，由于涉及切削工序，其帶來(lái)的切削熱很容易產(chǎn)生熱變形。盡管切削中刀具接收的熱量較小，但熱量常表現(xiàn)為向切削部分聚集的情況，這樣就導(dǎo)致熱容量較小的刀體表現(xiàn)出明顯的升溫情況。一般在連續(xù)切削的最初，刀具熱變形較為明顯，而在連續(xù)切削一段時(shí)間后會(huì)保持熱平衡，熱變形并不明顯。但是，若切削方式以間斷切削為主，則可能產(chǎn)生熱脹冷縮的情況。這種刀具熱變形問(wèn)題，對(duì)于刀具的整體性能會(huì)帶來(lái)影響，難以保證切削質(zhì)量。

2.工件熱變形影響。工件加工中，熱變形問(wèn)題主要表現(xiàn)在均勻與不均勻受熱兩種情況。以均勻受熱情況為例，如盤(pán)類(lèi)、套類(lèi)、軸類(lèi)零件，若從工件圓周、全長(zhǎng)情況看，溫度分布保持均勻，此時(shí)可將受熱情況理解為均勻受熱。需注意的是，對(duì)于銷(xiāo)軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)零件，本身在切削中走刀過(guò)程較短，無(wú)需考慮切削時(shí)間問(wèn)題，可直接忽略工件加工誤差。但這種情況僅限于工件較短的情形下。若工件較長(zhǎng)，在切削溫度增加時(shí)，工件直徑會(huì)呈現(xiàn)膨脹趨勢(shì)，而在冷卻后又會(huì)以收縮狀態(tài)為主，圓柱度誤差由此產(chǎn)生。尤其對(duì)于受熱的情況下，頂尖無(wú)法滿(mǎn)足軸向位移要求，彎曲變形便會(huì)在頂尖壓力下產(chǎn)生，影響加工精度。另外，從不均勻受熱情況看，以磨、刨、銑加工為例，其出現(xiàn)的溫度誤差集中表現(xiàn)在單面切削熱方面。如上下表面存在溫差，此時(shí)變形中的拱起部分很容易在加工中被切除，而因冷卻產(chǎn)生表面下凹情況，又可能使平面度誤差產(chǎn)生。特別是加工對(duì)象為大型板類(lèi)零件時(shí)，因熱量集中于單面，加工精度更難以保證。

3.機(jī)床熱變形影響。在內(nèi)外熱源的作用下，機(jī)床運(yùn)行中溫度會(huì)上升。這種溫度分布并不以均勻狀態(tài)為主，可能在不同部件上存在差異，也可能在同一部件中的不同部位上存在差異。對(duì)于這種溫度分布情況，可稱(chēng)其為不均勻溫度場(chǎng)，很容易使部件位置發(fā)生變化。此時(shí)機(jī)床幾何精度將被破壞，加工誤差由此產(chǎn)生。事實(shí)上，機(jī)床類(lèi)型不同，熱變形產(chǎn)生的原因也有差異，如鉆、銑、車(chē)等機(jī)床，在潤(rùn)滑油、軸承摩擦以及齒輪發(fā)熱情況下將會(huì)產(chǎn)生熱變形問(wèn)題。

二、加工精度受工藝系統(tǒng)熱變形影響控制策略

1.熱源分離與發(fā)熱量控制。針對(duì)工藝系統(tǒng)運(yùn)行中的熱變形問(wèn)題，實(shí)際控制中主要從熱源分離、發(fā)熱量減少等方面著手。若加工工序包含粗加工和精加工，粗加工中因熱變形問(wèn)題，會(huì)使精加工受到影響。這就要求在粗加工結(jié)束后，使工藝系統(tǒng)冷卻，在此基礎(chǔ)上松開(kāi)工件，并在精加工中夾緊，以此將熱變形的影響控制到最低限度。同時(shí)，在加工中應(yīng)將熱源從機(jī)床分離，盡可能使這些熱源以獨(dú)立形式存在，如冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)等。而其他無(wú)法進(jìn)行分離的熱源，可通過(guò)降低發(fā)熱或摩擦的方式改善。

2.環(huán)境溫度控制。加工中由于有不均勻溫度場(chǎng)存在，此時(shí)要考慮環(huán)境溫度控制措施。實(shí)踐中可直接將熱補(bǔ)償機(jī)構(gòu)裝設(shè)在床身下部，補(bǔ)償裝置在處理油液后送到油池中，達(dá)到均衡溫度的目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)熱平衡，也可將控制熱源設(shè)置于大型精密機(jī)床的相關(guān)部位中。此外，在環(huán)境溫度的控制中，應(yīng)保證加工機(jī)床的安裝環(huán)境處于恒溫狀態(tài)，這樣有利于對(duì)熱變形的控制。

3.床身結(jié)構(gòu)的合理選用。機(jī)床熱變形是影響加工精度的主要因素，可從床身結(jié)構(gòu)方面著手解決。以大型機(jī)床為例，如果機(jī)床結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)，單立柱便可能發(fā)生扭曲變形，而在雙立柱結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)情況下，則會(huì)帶來(lái)垂直方向位移的問(wèn)題，這就要求選用相應(yīng)的調(diào)整方式達(dá)到補(bǔ)償目的。此時(shí)床身熱變形將會(huì)減小，加工精度受到的影響也會(huì)降低。

總之，加工精度控制是現(xiàn)行機(jī)械加工中需要考慮的主要問(wèn)題。應(yīng)正確認(rèn)識(shí)工藝系統(tǒng)熱變形帶來(lái)的影響，包括刀具熱變形、工件熱變形與機(jī)床熱變形等，采取相應(yīng)的控制措施，以此將熱變形的影響控制到最低。

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