一、概述在機械加工過......



一、概述 在機械加工過程中，工藝系統在各種熱源的影響下，常產生復雜的變形，破壞了工藝系統間的相對位置精度，造成了加工誤差。據

統計，在某些精密加工中，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的 40％～ 70％。熱變形不僅降低了系統的加工精度，而且還影響了加

工效率的提高。 （一）工藝系統的熱源 引起工藝系統熱變形的熱源大致可分為兩類：內部熱源和外部熱源。 內部熱源包括切削熱和摩擦熱

；外部熱源包括環境溫度和輻射熱。切削熱和摩擦熱是工藝系統的主要熱源。 （二）工藝系統的熱平衡 工藝系統受各種熱源的影響，其溫度
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會逐漸升高。與此同時，它們也通過各種傳熱方式向周圍散發熱量。當單位時間內傳入和散發的熱量相等時，則認為工藝系統達到了熱平衡。

圖 4— 23所示為一般機床工作時的溫度和時間曲線，由圖可知，機床開動后溫度緩慢升高，經過一段時間溫度升至 T衡便趨于穩定。由開始

升溫至 T衡的這一段時間，稱為預熱階段。當機床溫度達到穩定值后，則被認為處于熱平衡階段，此時溫度場處于穩定，其熱變形也就趨了穩

定。處于穩定溫度場時引起的加工誤差是有規律的，因此，精密及大型工件應在工藝系統達到熱平衡后進行加工。
二、機床熱變形引起的加工誤差 機床受熱源的影響，各部分溫度將發生變化，由于熱源分布的不均勻和機床結構的復雜性，機床各部件將發

生不同程度的熱變形，破壞了機床原有的幾何精度，從而引起了加工誤差。 車床類機床的主要熱源是主軸箱中的軸承、齒輪、離合器等傳動

副的摩擦使主軸箱和床身的溫度上升，從而造成了機床主軸抬高和傾斜。圖 4— 24所示為一臺車床在空轉時，主軸溫升與位移的測量結果。

主軸在水平方向的位移只有 lOμ m，而垂直方向的位移卻達到 180～ 200μ m。這對于刀具水平安裝的臥式車床的加工精度影響較小，但對

于刀具垂直安裝的自動車床和轉塔車床來說，對加工精度的影響就不容忽視了。
對大型機床如導軌磨床、外圓磨床、龍門銑床等長床身部件，其溫差的影響也是很顯著的。一般由于溫度分層變化，床身上表面比床身的底面

溫度高而形成溫差，因此床身將產生彎曲變形，表面呈中凸狀如圖 4-25所示。
假設床身長 L=3120mm，高 H=620mm，溫差Δt=1℃ ，鑄鐵線膨脹系數a=11× 10-6，床身的變形量為Δ=aΔtL2/8H=11×10-6×1×（ 3120）
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2/8×620=0.022 mm 這樣 ,床身導軌的直線性明顯受到影響。另外立柱和溜板也因床身的熱變形而產生相應的位置變化（見圖 4-25）。 圖

4-26所示為幾種機床熱變形的趨勢。