机床刚度概念及部件刚度概念、特点

加工过程中存在的误差收藏此信息打印该信息添加：不详来源：未知（一）工艺系统受力变形引起的误差1、基本概念机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力、传动力等的作用下，会产生相应的变形，从而破坏了刀具和工件之间的正确的相对位置，使工件的加工精度下降。

如下图a示，车细长轴时，工件在切削力的作用下会发生变形，使加工出的轴出现中间粗两头细的情况；又如在内圆磨床上进行切入式磨孔时，下图b，由于内圆磨头轴比较细，磨削时因磨头轴受力变形，而使工件孔呈锥形。

垂直作用于工件加工表面（加工误差敏感方向）的径向切削分力Fy与工艺系统在该方向上的变形y之间的比值，称为工艺系统刚度k系,即式中的变形y不只是由径向切削分力Fy所引起，垂直切削分力Fz与走刀方向切削分力Fx 也会使工艺系统在y方向产生变形，故y=yFx+yFy+yFz2、工件刚度工艺系统中如果工件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，在切削力的作用下，工件由于刚度不足而引起的变形对加工精度的影响就比较大，其最大变形量可按材料力学有关公式估算。

3、刀具刚度外圆车刀在加工表面法线（y）方向上的刚度很大，其变形可以忽略不计。

镗直径较小的内孔，刀杆刚度很差，刀杆受力变形对孔加工精度就有很大影响。

刀杆变形也可以按材料力学有关公式估算。

4、机床部件刚度1）机床部件刚度机床部件由许多零件组成，机床部件刚度迄今尚无合适的简易计算方法，目前主要还是用实验方法来测定机床部件刚度。

分析实验曲线可知，机床部件刚度具有以下特点：（1）变形与载荷不成线性关系；（2）加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线。

两曲线线间所包容的面积就是加载和卸载循环中所损耗的能量，它消耗于摩擦力所作的功和接触变形功；（3）第一次卸载后，变形恢复不到第一次加载的起点，这说明有残余变形存在，经多次加载卸载后，加载曲线起点才和卸载曲线终点重合，残余变形才逐渐减小到零；（4）机床部件的实际刚度远比我们按实体估算的要小。

机床夹具刚度机床夹具是机床加工中不可或缺的重要设备，其主要作用是将工件固定在工作台上，以保证加工精度和安全。

机床夹具的刚度是其重要性能指标之一，与加工精度直接相关。

本文将从机床夹具的刚度特点、影响因素、提高方法等方面进行探讨。

一、机床夹具的刚度特点机床夹具的刚度是指其在承受外界力矩或载荷作用下，仍能保持形状和大小不变的能力，也就是说，机床夹具本身保持形态不变的能力越强，其刚度就越高。

通常情况下，机床夹具的刚度主要表现为三种类型：1.挠曲刚度挠曲刚度是指在垂直方向上，机床夹具所承受的载荷导致其杆件产生弯曲时，其杆件所能承受的弯曲载荷的大小。

通俗来讲，就是机床夹具在加工过程中会因为工件的重量和振动而产生弯曲变形，挠曲刚度就是指其承受这种变形的能力大小。

2.扭曲刚度扭曲刚度是指机床夹具在外界扭矩作用下，所能承受的扭转强度大小。

在加工过程中，通常会出现工件因为刀具的旋转而对机床夹具的扭转产生作用，此时，扭曲刚度就变得非常重要了。

3.变形刚度变形刚度是指机床夹具在承受外界载荷或力矩作用下，所能承受的变形强度大小。

在机床加工中，对于精密加工来说，工件的变形控制非常严格，机床夹具的变形刚度就显得尤为重要了。

二、机床夹具刚度的影响因素机床夹具的刚度受到多种因素的影响，常见的影响因素有以下几个方面：1.材料性能机床夹具使用的材料性能，包括其强度、硬度、塑性及韧性等因素，都对其刚度产生较大的影响。

不同的材料有不同的性能，如铸铁的刚度远远比不上钢材。

2.结构形式机床夹具的结构形式也会对其刚度产生较大的影响，而其结构形式的选择也应根据车削、铣削、钻削等不同类型加工的特点考虑。

例如，对于要承受高载荷的工件，选择四爪卡盘的夹具比较适宜，因为它可以更好地固定工件。

3.制造工艺机床夹具的制造工艺也对其刚度产生影响，而不同的加工工艺和方法会导致夹具内部残留应力的不同，最终影响夹具的刚度。

三、提高机床夹具刚度的方法提高机床夹具的刚度是机床加工精度的一个重要保证，以下几点是提高夹具刚度的一些方法：1.选材合理选用强度高、韧性好、刚度大的材料，如高强度钢材。

机械制造装备设计复习（部分）课程导入*机械的定义：机械是由人为制造的、具有特定功能的、能够进行能量转换的产物。

＊为什么说机械制造装备在国民经济发展中起着重要的作用？制造业是国民经济发展的支柱产业，也是科技技术发展的载体及使其转化为规模生产力的工具和桥梁。

装备制造业是一个国家综合制造能力的集中表现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要标准。

*机械制造装备包括那几个部分?各有什么作用?机械制造装备包括:加工装备、工艺装备、仓储输送装备和辅助装备等。

(1)加工装备主要指机床（工作母机),包括金属切削机床、锻压机床、特种加工机床、木工机床等；(2)工艺装备是指在产品制造过程中所用各种工具的总称，包括刀具、夹具、量具、辅具、模具、检具、钳具、工具、工位器等，是保证产品质量、贯彻工艺规程、提高生产效率的重要手段；（3）输送及仓储装备主要包括物料输送装置、机床上料装置、各级仓储装置及立体仓库等，物料输送装置用于实现毛坯、半成品、成品等在车间内工作中心传送的设备。

仓储是用来存储原料、毛坯、外购件、半成品、成品、工具等物品的设施。

（4）辅助装备辅助装备包括清洗剂、排屑装置和计量装置等。

＊机械制造装备与其他工业化装备相比，特别强调应满足哪些要求?1)柔性化精密化自动化机电一体化节材节能 2)符合工业工程要求符合绿色工程要求*什么是加工精度，影响加工精度的因素有那些？加工精度是指加工后零件对理想尺寸、形状和位置的符合程度,一般包括尺寸精度、表面形状精度、相互位置精度和表面粗糙度等。

满足加工精度方面的要求。

影响机械制造装备加工精度的因素有很多，与机械制造装备本身有关的因素有几何精度、传动精度、运动精度、定位精度（机床的定位件运动到达规定位置的精度)和低速运动平稳性等.＊机床精度包括：几何精度，传动精度，运动精度和定位精度。

＊机床主要设计内容有哪些？1.总体设计（1)主要技术指标确定（2）总体设计 :基本参数设计，传动设计，总体布局设计，控制设计。

提高数控机床刚度的措施机床的刚度是指在切削力和其他力作用下，抵抗变形能力。

数控机床比普通机床要求具有更高的静刚度和动刚度，有标准规定数控机床的刚度系数应比类似的普通机床高50%。

机床在切削加工过程中，要承受各种外力的作用，承受的静态力有运动部件和被加工零件的自重，承受的动态力有：切削力、驱动力、加减速时引起的惯性力、摩擦阻力等。

机床的结构部件在这些力作用下，将产生变形，如固定连接表面或运动啮合表面的接触变形；各支承零件部的弯曲和扭转变形，以及某些支承件的局部变形等，这些变形都会直接或间接地引起刀具和工件之间的相对位移，从而导致工件的加工误差，或者影响机床切削过程的特性。

由于加工状态的瞬时多变情况复杂，通常很难对结构刚度进行精确的理论计算。

设计者只能对部分构件(如轴、丝杠等)用计算方法计算其刚度，而对床身、立柱、工作台和箱体等零件的弯曲和扭转变形，接合面的接触变形等，只能将其简化后进行近似计算，其计算结果往往与实际相差很大，故只能作为定性分析的参考。

近年来，虽然在机床结构设计中采用有限元法进行分析计算，但是一般来讲，在设计时仍需要对模型、实物或类似的样机进行试验、分析和对比以确定合理的结构方案，尽管如此，遵循下列原则和措施，仍可以合理地提高机床的结构刚度。

1.合理选择构件的结构形式(1)正确选择截面的形状和尺寸构件在承受弯曲和扭转载荷后，其变形大小取决于断面的抗弯和扭转惯性矩，抗弯和扭转惯性矩大的其刚度就高。

表7-1列出了在断面积相同(即重力相同)时各断面形状的惯性矩。

从表中的数据可知：形状相同的断面，当保持相同的截面积时，应减小壁厚、加大截面的轮廓尺寸，圆形截面的抗扭刚度比方形截面的大，抗弯刚度则比方形截面的小；封闭式截面的刚度比不封闭式截面的刚度大很多；壁上开孔将使刚度下降，在孔周加上凸缘可使抗弯刚度得到恢复。

(2)合理选择及布置隔板和筋条合理布置支承件的隔板和筋条，可提高构件的静、动刚度。

图7—1所示的几种立柱的结构，在内部布置有纵、横和对角筋板，对它们进行静、动刚度试验的结果列于表7—2中。

第五章课后习题答案1机床夹具的作用是什么？有哪些要求？作用：1、保证加工精度2、提高生产率3、扩大机床的使用范围4、减轻工人的劳动程度，保证生产安全5、降低成本要求：1、保证加工精度2、夹具的总体方案应与生产纲领相适应3、安全、方便、减轻劳动强度4、排屑顺畅5、夹具应有良好的刚度、强度、结构工艺性1.机床夹具的组成部分有哪些？1、定位元件及定位装置用于确定工件正确位置的元件或装置2、夹紧元件及夹紧装置用于固定工件已获得的正确位置的元件或装置3、导向及对刀元件用于确定工件与刀具的相互位置的元件4、动力装置5、夹具体用于将各元件、装置连接在一块，并通过它将整个夹具安装在机床上6、其它元件及装置3.何为六点定位原理？何谓定位的正常情况和非正常情况？它们各包括哪些方面？六点定位原理：采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度使工件实现完全定位。

正常情况：根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被限制，称定位的正常情况。

正常情况分为：a完全定位六个自由度全部被限制b不完全定位少于六个自由度被限制非正常情况：根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度没有完全被限制，或某个自由度被两个或两个以上的约束重负限制，称为非正常情况非正常情况分为：a.欠定位需要限制的自由度没有完全被限制b.过定位某个自由度被两个或两个以上的约束重负限制4、确定夹具的定位方案时，要考虑哪些方面的要求？在多个表面参与定位时：限制自由度最多的定位面——第一定位基准面或主基准面限制自由度较多的定位面——第二定位基准面或导向基准限制一个自由度的定位面——第三定位基准面或定程基准5、何谓定位误差？定位误差是由哪些因素引起的？定位误差：指工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起的加工误差，它是加工误差的一部分产生定位误差的原因：1、基准不重合带来的定位误差2、间隙引起的定位误差3、与夹具有关的因素产生的定位误差6、夹紧和定位的区别？对夹紧装置的基本要求有哪些？定位是确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程。

CNC机床加工中的夹具刚度与变形分析在现代制造业中，CNC机床是广泛应用的重要设备之一，它具有高效、精确和灵活性强等诸多优点。

然而，为了保证加工质量和提高加工效率，夹具的刚度和变形问题成为了制约CNC机床加工精度和生产效率的重要因素。

本文将针对CNC机床加工中的夹具刚度与变形问题展开分析。

一、夹具刚度分析夹具作为工件固定与定位的重要工具，在CNC机床加工中起着至关重要的作用。

夹具的刚度直接影响到加工过程中的力学性能和稳定性。

夹具刚度可通过以下几个方面进行分析。

1. 材料选择与设计夹具的刚度受到材料的选择和结构设计的影响。

一般来说，夹具应选择高强度、低变形的材料，例如优质合金钢或工程塑料。

夹具的结构设计应合理，避免过多的连接部件和不必要的孔洞，减少不稳定因素的存在。

2. 夹紧力与工件接触面夹具在加工过程中需要施加一定的夹紧力来固定工件。

夹紧力的大小应根据工件材料和加工力学要求进行合理调整。

此外，夹具接触面的设计也非常重要，应尽可能增大接触面积，确保夹具对工件的均匀夹紧，提高刚度。

3. 夹具支撑与加固夹具的刚度还与其支撑和加固方式有关。

夹具支撑部位应选择强度高、稳定性好的结构，避免在加工过程中产生振动和变形。

在必要的情况下，可以采用加固辅助支撑手段，提高夹具的整体刚度。

二、夹具变形分析夹具在加工过程中容易发生变形，这种变形可能会导致工件加工精度降低和尺寸偏差产生。

下面将从几个方面分析夹具的变形问题。

1. 刚性分析夹具的变形主要受到其自身刚度和荷载的影响。

荷载产生的内力和外力会使得夹具发生弯曲、扭转和拉伸等变形。

因此，夹具的刚性是解决这一问题的关键。

利用有限元分析等方法，可以评估夹具在不同荷载情况下的刚性表现，并在设计中作出相应的调整。

2. 热变形分析加工过程中，热量的积累和热膨胀会导致夹具产生热变形。

尤其是在高温环境下，夹具的热变形问题更加突出。

为解决这一问题，可以在夹具设计中引入冷却系统，及时降低夹具温度并减小热变形。

卢秉恒-《机械制造技术基础》-第三版-考试重点.pdf△m＜0的制造过程主要指切削加工。

(1)主运动：切下金属所必须的最主要的运动。

(2)进给运动：不断地把金属层投入切削的运动。

齿面加工齿轮加工方法:无屑加工：热轧、冷轧、压铸、注塑、粉末冶金。

切削加工：成形法、展成法。

复杂曲面加工1）仿形铣：2）数控铣：磨削加工特点：1. 属精加工，尺寸精度7～5, 值0.8~0.2m2. 能加工硬度很高的工件；3. 磨削温度高；4. 磨削的径向力大；1、切削运动金属切削加工：通过机床提供的切削运动和动力，使刀具和工件产生相对运动（即切削运动），从而切除工件上多余的材料，以获得合格零件的加工过程。

(1)主运动：切下金属所必须的最主要的运动。

(2)进给运动：不断地把金属层投入切削的运动。

2、切削要素已加工表面：已被切去部分多余金属而形成的新表面。

待加工表面：即将被切除金属层的表面。

加工表面(或称过渡表面)：切削刃正在切削的表面。

切削用量三要素：1）切削速度V：2）进给量f：3）背吃刀量（切削深度）：3.切削层几何参素：（1）切削厚度 ()（2）切削宽度 () －沿加工表面度量的切削层尺寸。

（3）切削面积 () －切削层垂直于切削速度截面内的面积。

二、刀具角度：（图+角度）1）基面：2）切削平面：3）正交平面：道具分类：1.整体车刀；2.焊接车刀；3.机夹车刀；4.可转位车刀；5.成形车刀与焊接车刀比较，可转位车刀的优点：1）刀具使用寿命长；2）生产率高；3）有利于推广新技术、新工艺；4）有利于降低刀具成本；麻花钻的工作部分：6面＋1横刃＋2主切削刃＋2副切削刃＋4刀尖。

麻花钻的缺点：1）主切削刃上前角不等；2）横刃长且为大负前角，切削条件差；3）排屑、断屑、散热困难。

钻、扩、铰孔的工艺特点比较（书P21 手抄表格 2-45）拉刀特点：1）生产率高；2）加工质量高；（一般为87，2.5 1.25μm)3）加工范围广；4）刀具磨损缓慢，寿命长；5）机床结构简单，操作方便；6）拉刀的设计、制造复杂，价格昂贵。

车床刀架部件的刚度曲线图4 –14 是一台车床刀架部件的实测刚度曲线图，曲线反映了三次加载、卸载过程中的变形情况。

分析图4 –14 所示刀架刚度试验曲线可知，机床部件刚度具有以下特点：1）变形与载荷不成线性关系，曲线上各点的实际刚度（各点斜率）是不同的，这说明机床部件的变形不纯粹是弹性变形。

2）加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线；两曲线所包容的面积代表加载和卸载循环中消耗的能量，它消耗于克服部件内零件间摩擦力和接触塑性变形所做的功。

3）第一次卸载后，刀架恢复不到第一次加载的起点，这说明有残余变形存在，经多次加载和卸载后，加载曲线起点才和卸载曲线终点重合，残余变形才逐渐减小到零。

4）部件实测刚度远比按实体结构估算值小。

图4 –14 中第一次加载时刀架的平均刚度值约为4.6×103N/mm，这只相当于一个截面积为30mm×30mm、悬伸长度为200mm 的铸铁悬臂梁的刚度，而刀架的实体结构尺寸要比此尺寸大得多。

实验三加工误差统计分析一、实验目的统计分析法是通过一批工件加工误差的表现形式，来研究产生误差原因的一种方法。

做加工误差统计分析实验的目的在于，巩固已学过的统计分析法的基本理论；掌握运用统计分析法的步骤，练习使用统计分析法判断问题的能力。

1.掌握绘制工件尺寸实际分布图的方法，并能根据分布图分析加工误差的性质，计算工序能力系数，合格品率，废品率等，能提出工艺改进的措施；2.掌握绘制X-R点图的方法，能根据X-R点图分析工艺过程的稳定性。

二、实验要求1．实验前要复习“加工误差统计分析”一节的内容。

2．通过实验绘制“实际分布图”和“X—R”控制图。

3．根据实际分布图分析影响加工误差的因素，推算该工序加工的产品合格率与废品率；试提出解决上述问题的途径。

4．根据X—R图分析影响加工误差的因素；判断工艺是否稳定；试提出解决上诉问题的途径。

三 、实验原理和方法在M1040无心磨床上用纵磨法磨削45HRC59~62工件一批，检查其每件尺寸。