第一章(加工精度).ppt

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1、第1章 机械加工精度,1.机械加工精度的基本概念 2影响机械加工精度的因素 3.加工误差的综合分析 4.提高加工精度的措施,0.02,单一要素,A,0.03,A,关联要素,二、加工误差,二、影响加工精度的因素及其分析,（1）加工原理误差 近似的成形运动或刃形所产生的误差，多为形状误差,（2）机床的误差 1）主轴回转误差 主轴回转误差概念 主轴回转时实际回转轴线与理想回转轴线的偏移量 三种基本形式： a. 纯径向跳动 b.纯角度摆动 c.轴向窜动, 影响主轴回转精度的主要因素 轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴度误差，各段轴 颈同轴度误差、主轴系统的刚度和热变形等。 但它们对主轴回转精度的影响大

2、小随加工方式而不同,主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴颈 圆度误差影响较大，轴承内径圆度误差没影响,镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变化轴承孔误差影响大,滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂,除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主轴轴 颈、支承座孔等精度,产生轴向窜动主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面 对主轴回转轴线有垂直度误差。(止推轴承滚道的端面跳动）,主轴不同形式的回转误差引起的加工误差不同 车床上加工外圆内孔时，主轴径向跳动引起工件圆度和 圆柱度误差，对工件端面无影响； 轴向窜动对圆柱表面影响不大，对端面垂直度平面度影 响大，车削螺纹时会造成导程的周期性误差；

3、 纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔 时，会使镗出的孔为椭圆形。,纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔 时，若工件进给会使镗出的孔为椭圆形。,提高主轴及支承座孔的加工精度，选用高精度轴承，提高 主轴部件装配精度、预紧和平衡等，提高主轴回转精度。,2）机床导轨误差 导轨精度要求主要有以下三方面： 在水平面内的直线度（以卧式车床为例）,1将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向） 上，误差R =1 ，对加工精度影响最大。 刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。, 在垂直面内的直线度 对工件的尺寸和形状误差影响比1小得多,对卧式车床R 22/D 若设2= 0.

4、1mm,D=40mm，则 R =0.00025mm，影响可忽略不计。 而对平面磨床、龙 门刨床误差将直接反映在工件上。, 前后导轨的平行度（扭曲） 卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时， 刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨迹是一 条空间曲线，使工件产生形状误差。 若扭曲误差为3,工件误差R(H/B)3 ，一般车床 H/B2/3，外圆磨床H/B1，误差对加工精度影响很大,除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也 是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降 的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴 塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火等措施。,提高直线运动精度的主要措

5、施 选用合理的导轨形状和导轨组合形式，并尽可能地增加工作台与床身导轨的配合长度 提高导轨的制造精度 采用新型导轨，如静压导轨、卸载导轨和双V形导轨,（3）刀具的几何误差 包括刀具切削部、装夹部的制造误差及刀具安装误差, 定尺寸刀具 刀具尺寸精度直接影响工件尺寸精度 成形刀具 刀具形状精度直接影响工件形状精度 展成刀具 刀刃形状精度会影响工件加工精度 一般刀具 制造精度对工件加工精度无直接影响,（4）夹具的几何误差 包括夹具制造误差、安装误差及磨损 对工件尺寸精度和位置精度影响很大,（5）定位误差 包括基准不重合误差、定位副制造不准确误差 直接影响工件的尺寸精度和位置精度,3.工艺系统的受力变形

6、,（1）基本概念,刚度不足引起的变形,（2）零件刚度 若零件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，其变形 对加工精度影响比较大，最大变形量按材料力学公式估算。 长轴两顶尖装夹按简支梁计算，三爪卡盘装夹按悬臂梁计算,（1）工艺系统刚度 工艺系统抵抗变形的能力可用工艺系统刚度 k系来描述。 垂直作用于工件加工表面的径向切削分力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 k系= Fy / y y = yFx+ yFy+ yFz,（3）刀具刚度 外圆刀具在加工表面法线方向上的刚度很大变形可忽略； 镗小孔刀杆刚度很差，变形对加工精度影响很大，刀杆变 形按材料力学公式估算。,（4

7、）机床部件刚度 机床结构形状复杂，刚度计算主要通过实验方法来测定。 变形与载荷不成线性关系； 加载与卸载曲线不重合； 有残余变形存在；实际刚度比估算的小,2）影响机床部件刚度的因素 结合面接触变形,接触表面间的名义压强的增量与接触变形的增量之比称为 接触刚度。零件表面越粗糙，形状误差越大，材料硬度低， 接触刚度越小。, 低刚度零件本身的变形, 连接表面间的间隙，使部件产生较大位移，相互错动使刚度下降, 接触表面间的摩擦,（2）. 误差的复映规律,工件在加工前有圆度误差（如椭圆），切削时，工件每转一转，背吃刀量相应发生变化，最大的背吃刀量为ap1，最小的背吃刀量为ap2，假定毛坯的硬度是均匀的，

8、则ap1处的切削力Fy1最大，ap2处的切削力Fy2最小。当车削前毛坯具有圆度误差map1ap2时，车削后由于工艺系统受力变形而使工件产生相应的圆度误差gy1y2，这种现象称为“误差复映”。,如果工艺系统的刚度为K，则工件的圆度误差为：,C/K,称为误差复映系数,减小C或增大K都能使减小。例如，减小进给量和背吃刀量不但可以减小C，同时使减小，同时还提高加工精度，但是使切削加工时间长、生产率低。增大工艺系统的刚度K，不但减小了加工误差，而且在保证加工精度的情况下还能提高生产率 。 采用多次走刀可以减少复映误差，多次走刀后总就变成一个远远小于1的系数，多次走刀当然可以减小加工误差，提高工件的加工精

9、度，但生产率就意味着很低，同样不可取。,结论： （1）被加工的零件，加工前的尺寸误差或形状误差，都会按一定的比例复映到加工后的工件表面上，产生尺寸误差或形状误差。其根本原因是加工余量不均匀。 （2）如果采取调整法加工一批零件，由于零件的毛坯尺寸或它们的硬度各不均匀，则在加工过程中，切削力也不一致，从而造成一批零件的尺寸不一致，产生尺寸误差。因此控制毛坯硬度的均匀性也是提高工件加工精度很重要的措施。 （3）工件的加工过程是一个渐精的过程，它需要粗加工、半精加工、精加工和光整加工等加工阶段，才能将毛坯的各种误差逐渐修正，达到零件精度的要求。 （4）车削时，由于工艺系统的刚度较大，1，所以复映规律表

10、现并不是很明显。一般来讲，复映误差只对粗加工有意义，常用复映规律估算粗加工工序的加工误差；对于镗削、磨削小直径的内孔工序，因工艺系统的刚度较小，而较大，故复映误差也较大，这时应采取措施，减少复映误差，提高加工精度。, 夹紧变形对加工精度的影响,工件刚性差（薄件、圆环）装夹不当会产生受力变形,机床部件、工件重量对加工精度的影响,其它作用力对加工精度的影响 传动力（拨杆）、离心力改变方向会使工艺系 统产生相应变形,6.工艺系统的热变形,（1）工艺系统的热源,内部热源主要包括来自切削过程中的切削热，它以不同的比例传给工件、刀具、切屑和周围介质中。另一种是摩擦热，它来自机床各运动副和动力源；如导轨副、

11、齿轮副、摩擦离合器及电机等。,精加工的机床一般都是进行了前道工序粗加工和半精加工，这两道工序因切削用量较大、发热大、时间较长，所以在精加工前已到了热平衡，对加工精度影响就很小了。,车镗轴套类零件圆柱面，长度及径向受热变形。 若在受热时测量达到规定尺寸，冷却后尺寸变小，可能出现尺寸误差。,磨削细长轴时工件温生逐渐增加,铣、刨、磨平面等，工件单面受热产生弯曲变形,（4）热变形的控制,（1）减少发热和采取隔热； （2）强制冷却，均衡温度场； （3）从结构上采取措施减少热变形； （4）控制环境温度。 (5)加快热平衡 （6）改进机床的结构（对称）,各成形运动之间相互位置关系对形状精度的影响,加工端面：

12、凸起或凹陷,卧式镗床镗孔：加工出来的孔呈椭圆形,各成形运动之间的速度关系对形状精度的影响 车床加工外圆时，对工件的转速与刀具移动的速度没有特殊的要求，速度快慢只对表面质量有所影响 车床加工螺纹时 ，会产生螺旋线误差 加工直齿轮、斜齿轮 ，会产生齿形误差和圆周齿距的误差,（2）正态分布,1）正态分布的数学模型、特征参数和特殊点 正态分布曲线方程 两个特征参数： 算术平均值 x 和标准偏差,正态分布的特殊点, 处概率密度 函数有最大值 x= x处 为拐点,2） 标准正态分布 = 0，= 1 实际生产中为非标准 正态分布需转换 令 z =(x- )/,即图中阴影面积 可利用概率密度 积分表计算,3）

13、 工件尺寸在某区间内的概率,工件尺寸落在 3范围内的概 率为 99.73% 若尺寸分布中心与 公差中心重合，不 产生废品的条件是：T 6 Q废= 0.5 (x) 若中心不重合存在常值系统误差系，T 6系,三、加工误差的统计分析,1.,（1）加工误差的分类,1）系统误差 常值系统误差：原理机床刀夹量具制造调整误差 变值系统误差：机床刀具热变形、刀具磨损 2）随机误差: 误差复映定位夹紧操作误差内应力变形,对系统误差可循其规律加以调整或补偿来消除 对随机误差只能缩小其变动范围无法完全消除,（2）正态分布,1）正态分布的数学模型、特征参数和特殊点 正态分布曲线方程 两个特征参数： 算术平均值 x 和

14、标准偏差,正态分布的特殊点, 处概率密度 函数有最大值 x= x处 为拐点,2） 标准正态分布 = 0，= 1 实际生产中为非标准 正态分布需转换 令 z =(x- )/,即图中阴影面积 可利用概率密度 积分表计算,3） 工件尺寸在某区间内的概率,工件尺寸落在 3范围内的概 率为 99.73% 若尺寸分布中心与 公差中心重合，不 产生废品的条件是：T 6 Q废= 0.5 (x) 若中心不重合存在常值系统误差系，T 6系,四、提高加工精度的途径,1. 消除或减小原始误差,如加工细长轴时易产生弯曲和振动，增大主偏角减小 背向力，使用跟刀架或中心架增加工件刚度。但在进给 力作用下，会因“压杆失稳”而

15、被压弯；在切削热的作用 下，工件会变长，也将产生变形。 采取措施：采用反向进给的切削方法，使用弹性的 尾座顶尖。,2. 转移原始误差,如镗孔时镗杆与主轴采用浮动连接，使用镗模将机床 误差转移到新装置上加以控制； 转塔刀架的转位误差转移到误差不敏感方向,3. 误差分组法,4.误差补偿法,如精密孔轴配合将公差扩大加工再测量分组装配； 上道工序误差太大，将工件分组再分别调整加工,利用原有误差或制造误差来抵消原始误差。如龙门铣 床因铣削头自重产生下凹变形，刮研横梁导轨使上凸； 加工曲轴时前后刀架同时切削，径向力方向相反；,5. 就地加工（自干自）,6. 自动测量补偿、恒温控制等,机床零件装到工作位置上再精加工，消除误差影响。 如牛头刨、龙门刨工作台面装配在自身机床上进行 “自刨自”精加工，以保证对滑枕、横梁的平行度； 平面磨床工作台面在装配后作“自磨自”精加工；,