真空輥工藝系統(tǒng)的靜剛度計算方法

真空輥在加工過程中，數(shù)控機床、刀具、夾具和工件所構(gòu)成的工藝系統(tǒng)在總切削力、夾緊力、重力、慣性力等作用下，會產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞已經(jīng)調(diào)整好的刀具和工件間的相互位置，造成真空輥加工誤差。工藝系統(tǒng)在外力作用下總會產(chǎn)生變形和位移，其變形的大小不但取決于作用力的大小，而且也取決于工藝系統(tǒng)抵抗外力使其變形的能力，即工藝系統(tǒng)的剛度。

對于機械加工系統(tǒng)，從影響真空輥加工精度的觀點出發(fā)，被加工表面法線方向的變形對加工精度影響較大（誤差敏感方向），因此工藝系統(tǒng)剛度定義為被加工表面法線上作用的總切削力分力 F ，與該方向上刀具、工件的相對位移 y 的比值，即式中 K 工藝系統(tǒng)的剛度，單位為N/mm。

F為切削表面法線方向的總切削力分力，單位為N;刀具切削刃在法線方向的位移，單位為mm 。必須注意的是，定義中的 y 不只是F作用的結(jié)果，而是同時作用下的綜合結(jié)果，如果力與變形是在靜態(tài)條件下測得的，那么由此得出的剛度稱為工藝系統(tǒng)的靜剛度。

由于工藝系統(tǒng)包括機床、夾具、刀具和工件，故工藝系統(tǒng)在某一處的法向總變形 y 應(yīng)是各組成環(huán)節(jié)在同一處的法向變形的疊加， 工件和刀具的剛度，一般可根據(jù)《材料力學(xué)》有關(guān)公式計算得出。機床的剛度由于它是由許多零部件組成的，受力與變形之間的關(guān)系比較復(fù)雜，很難用計算方法求得，只能用實驗的方法進行測定。

夾具可作為機床的一個部件，不另求其剛度。真空輥的剛度與其尺寸、形狀、材料、加載方式、載荷性質(zhì)等有關(guān)，而真空輥的剛度除上述因素外，還與零件與零件之間相互作用的特征如摩擦力、間隙、表面粗糙度、相對運動速度等有關(guān)。

故機床部件的剛度遠比想象的小，這是因為部件除了零件本身的彈性變形外，還有接觸變形等諸多因素的影響。所謂接觸變形是指零件與零件間接觸處的變形，其隨接觸表面間名義壓強的增加而增大，但不成線性關(guān)系。

這是由于真空輥表面存在宏觀的幾何形狀誤差和微觀的表面粗糙度，所以零件之間接合面的實際接觸面積只是理論接觸面積的一小部分，而且真正處于接觸狀態(tài)的又只是這一小部分的一些凸峰。在外力作用時，這些接觸點處產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，并產(chǎn)生接觸變形，當(dāng)接觸表面間的名義壓強增加時，接觸變形也增大。

名義壓強的增量dp與接觸變形增量dy之比稱為接觸剛度k ，即一連接表面的接觸剛度與接觸表面的材料、硬度、表面粗糙度、表面紋理方向、表面幾何形狀誤差等有關(guān)，并隨載荷的增加而增大。