楊小博 雷凱

摘 要：隨著機械加工制造水平的不斷提高，對機械加工的精度也提出了更高的要求。然而機械加工工藝系統(tǒng)運行中，因受熱影響可能出現(xiàn)變形問題，直接導(dǎo)致刀具與工件運動、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)熱變形實際情況，采取相應(yīng)的控制策略。本文將對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

作為衡量機械設(shè)備質(zhì)量的重要指標，零件加工精度的影響因素很多，如受力變形問題，系統(tǒng)幾何精度，熱變形等。其中以熱變形帶來的影響最為突出。因此，對加工精度受工藝系統(tǒng)熱變形的影響與控制進行研究，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)運行中，由于涉及切削工序，其帶來的切削熱很容易產(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)切削一段時間后會保持熱平衡，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。這種刀具熱變形問題，對于刀具的整體性能會帶來影響，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，如盤類、套類、軸類零件，若從工件圓周、全長情況看，溫度分布保持均勻，此時可將受熱情況理解為均勻受熱。需注意的是，對于銷軸類、盤類零件，本身在切削中走刀過程較短，無需考慮切削時間問題，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，在切削溫度增加時，工件直徑會呈現(xiàn)膨脹趨勢，而在冷卻后又會以收縮狀態(tài)為主，圓柱度誤差由此產(chǎn)生。尤其對于受熱的情況下，頂尖無法滿足軸向位移要求，彎曲變形便會在頂尖壓力下產(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。特別是加工對象為大型板類零件時，因熱量集中于單面，加工精度更難以保證。

3.機床熱變形影響。在內(nèi)外熱源的作用下，機床運行中溫度會上升。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。對于這種溫度分布情況，可稱其為不均勻溫度場，很容易使部件位置發(fā)生變化。此時機床幾何精度將被破壞，加工誤差由此產(chǎn)生。事實上，機床類型不同，熱變形產(chǎn)生的原因也有差異，如鉆、銑、車等機床，在潤滑油、軸承摩擦以及齒輪發(fā)熱情況下將會產(chǎn)生熱變形問題。

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。針對工藝系統(tǒng)運行中的熱變形問題，實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題，會使精加工受到影響。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，在加工中應(yīng)將熱源從機床分離，盡可能使這些熱源以獨立形式存在，如冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電機系統(tǒng)等。而其他無法進行分離的熱源，可通過降低發(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存在，此時要考慮環(huán)境溫度控制措施。實踐中可直接將熱補償機構(gòu)裝設(shè)在床身下部，補償裝置在處理油液后送到油池中，達到均衡溫度的目標。為實現(xiàn)熱平衡，也可將控制熱源設(shè)置于大型精密機床的相關(guān)部位中。此外，在環(huán)境溫度的控制中，應(yīng)保證加工機床的安裝環(huán)境處于恒溫狀態(tài)，這樣有利于對熱變形的控制。

3.床身結(jié)構(gòu)的合理選用。機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。以大型機床為例，如果機床結(jié)構(gòu)不對稱，單立柱便可能發(fā)生扭曲變形，而在雙立柱結(jié)構(gòu)對稱情況下，則會帶來垂直方向位移的問題，這就要求選用相應(yīng)的調(diào)整方式達到補償目的。此時床身熱變形將會減小，加工精度受到的影響也會降低。

總之，加工精度控制是現(xiàn)行機械加工中需要考慮的主要問題。應(yīng)正確認識工藝系統(tǒng)熱變形帶來的影響，包括刀具熱變形、工件熱變形與機床熱變形等，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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