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1、10/17/2019,1,机械加工精度与表面质量 的分析与控制,单元 5,10/17/2019,2,了解加工误差、加工精度和表面质量的概念 掌握获得加工精度、表面质量的方法 了解影响加工精度、表面质量的各种因素，掌握减少加工误差，保证和提高零件机械加工质量的工艺措施及途径 了解用概率统计方法判断加工误差的性质及工序能力,知识目标,10/17/2019,3,能根据生产实际加工出的零件，能统计分析影响零件加工精度与加工质量的工艺因素，并提出针对性的工艺改善措施和解决方案。,技能目标,10/17/2019,4,相关知识,一、加工精度与加工误差概述,加工精度是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位
2、置)与理想几何参数的符合程度。 符合程度越高，加工精度就越高。 由于机械加工中的种种原因，实际加工出的零件不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，这种偏差即加工误差。,10/17/2019,5,尺寸精度：尺寸精度是指加工后零件表面本身或表面之间的实际尺寸与理想尺寸之间的符合程度。,形状精度：形状精度是指加工后零件各表面的实际形状与表面理想形状之间的符合程度。,位置精度：位置精度是指加工后零件表面之间的实际位置与表面之间理想位置的符合程度。,机械加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度三个方面：,10/17/2019,6,通过试切测量调整再试切，反复进行到工件尺寸达到规定要求为止,获
3、得加工精度的方法,1.获得尺寸精度的方法,试切法,试切法：,10/17/2019,7,调整法：先调整好刀具和工件在机床上的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持这个位置不变，以保证工件被加工尺寸。,调整法 1挡铁2、3、4定位元件5导向元件,如在多刀车床或六角自动车床上加工轴类零件、在铣床上铣槽、在无心磨床上磨削外圆及在摇臂钻床上用钻床夹具加工孔系等。,10/17/2019,8,定尺寸刀具法：通过刀具的相应尺寸保证加工表面的尺寸精度。如在加工孔、键槽或成型面时，采用的具有一定尺寸精度的钻头、扩孔钻、铰刀、拉刀、槽铣刀等来保证工件的加工尺寸。,自动控制法：将测量、进给装置和控制系统组成一个自动加
4、工系统，通过自动测量和数字控制装置，在达到尺寸精度后自动停止加工。如早期的机械液压控制系统和目前多采用的数控机床加工。,10/17/2019,9,刀尖轨迹法：通过刀尖运动的轨迹来获得形状精度的方法。 成形法：利用成形刀具对工件加工获得形状精度的方法。 展成法：利用刀具和工件作展成切削运动进行加工的方法。,2.获得形状精度的方法,形状精度的获得方法 （a）用轨迹法车削零件（b）用成形法刨削零件 （c）成形法铣削齿轮（d）用展成法加工齿轮,10/17/2019,10,直接找正定位法：用划针或百分表直接在机床上找正工件位置。 划线找正定位法：先按零件图在毛坯上划好线，再以所的划线为基准找正它在机床的
5、位置。 夹具定位法：在机床上安装好夹具，工件放在夹具中定位。 机床控制法：利用机床的相对位置精度保证位置精度。,3.获得位置精度的方法,10/17/2019,11,工件装夹方法,a）磨孔时直接找正 b）刨削时直接找正,10/17/2019,12,工件装夹方法,c）按划线找正装夹 d）用专用夹具装夹,10/17/2019,13,前面提到，加工误差是指零件在加工后的尺寸、形状或位置等实际几何参数与理想几何参数的偏离程度。,二、工艺系统原始误差,造成零件加工误差的原因是由于在加工前和加工过程中，工艺系统存在的许多误差因素，统称为原始误差。,机械加工时，机床、夹具、刀具和工件所构成的一个完整系统，称为
6、工艺系统。,原始误差的分类见下页图所示。,为了保证零件的加工精度，必须采取措施消除或减少原始误差对加工精度的影响。,（一）.工艺系统原始误差的概念,10/17/2019,14,原始误差的分类,10/17/2019,15,原始误差分为：与工艺系统初始状态有关的原始误差(几何误差)和与工艺过程有关的原始误差(动误差)。,加工过程中可能出现的种种原始误差归纳如下:,其中“几何误差”包括原理误差、定位误差、调整误差、刀具误差、夹具误差(工件相对于刀具在静止状态下已存在的误差)和机床主轴回转误差、机床导轨导向误差、机床传动误差(工件相对于刀具在运动状态下已存在的误差)，“动态误差”包括工艺系统受力变形(
7、包括夹紧变形)、工艺系统受热变形、刀具磨损、测量误差、工件残余应力引起变形等。,10/17/2019,16,原理误差是由于采用了近似的加工运动或近似的刀刃轮廓而产生的误差。因为它在加工原理上存在误差，故称原理误差。,（二）.加工原理误差及其对加工精度的影响,原理误差在允许范围内是可行的。,再如在用滚刀加工渐开线齿轮时，由于渐开线蜗杆制造较困难，就采用阿基米得蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线蜗杆，从而导致滚刀刀刃轮廓的误差。,例如，在车削或磨削模数螺纹时，由于其导程 ，式中有 这个无理因子，在用配换齿轮来得到导程数值时，无法得到完全准确的运动联系，因此就存在原理误差。,10/17/2019,17,工
8、艺系统的几何误差主要是指机床、刀具和夹具本身在制造时所产生的误差，以及使用中产生的磨损和调整误差。 这类原始误差在加工过程开始之前已客观存在，并在加工过程中反映到工件上去，形成零件的加工误差。,（三）.工艺系统的几何误差及对加工精度的影响,10/17/2019,18,下面主要分析对工件加工精度影响较大主轴回转误差、导轨导向误差和传动链的传动误差 。,1.机床的几何误差,机床的制造误差、安装误差以及使用中的磨损，都直接影响工件的加工精度，其中主要是机床主轴回转运动、机床导轨直线运动和机床传动链的误差。,10/17/2019,19,由于机床主轴部件在制造、装配、使用中等各种因素的影响，会使主轴产生
9、回转运动误差。主轴的回转运动误差，直接影响被加工工件的加工精度，尤其是在精加工时，机床主轴的回转误差往往是影响工件圆度误差的主要因索。如坐标镗床、精密车床和精密磨床，都要求主轴有较高的回转精度。,a.主轴回转运动误差的概念。,主轴的回转运动误差。,10/17/2019,20,其误差形式可以分解为:轴向窜动、径向跳动和纯角度摆动三种，如右图所示。,主轴回转运动误差的基本形式,(d),10/17/2019,21,轴向窜动是指瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动，如图(a)所示。它主要影响工件的端面形状和轴向尺寸精度。,径向跳动是指瞬时回转轴线平行于平均回转轴线的径向运动量。如图(b)所示。它主
10、要影响加工工件的圆度和圆柱度。,纯角度摆动是指瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角度做公转，如图(c)所示。它对工件的形状精度影响很大，如车外圆时会产生锥度。,10/17/2019,22,实际上，主轴回转误差的三种基本形式是同时存在的，如图 (d)所示。,在主轴回转过程中，上述三种形式同时存在，以一种综合的结果表现出来，如上图 (d)所示，在任意瞬间，主轴的回转中心的实际位置是难以预测的，因此这种现象也称为主轴轴心漂移。,(d),10/17/2019,23,b.主轴回转误差对加工精度的影响。,主轴的轴向窜动：主轴的纯轴向窜动对内、外圆表面的加工没有影响（非敏感方向），但是在加工端面时，会使端面
11、与内、外圆轴线垂直度受到较大影响，会使车出的端面与圆柱面不垂直。加工螺纹时，会出现螺距误差。因此，对机床主轴轴向窜动(端面圆跳动)的幅值通常都有严格的要求，如精密车床的主轴端面圆跳动规定为23m,甚至更严格。,10/17/2019,24,主轴的径向圆跳动：主轴的径向圆跳动会使工件产生圆度误差，加工方法不同，影响程度也不尽相同。车削时，主轴径向回转误差对工件的圆度影响很小，车削出的工件表面接近于正圆。,主轴的径向圆跳动对车削的影响,10/17/2019,25,主轴的径向圆跳动对镗削的影响,镗削时，镗刀镗出的孔是椭圆形的，其圆度误差为A。,10/17/2019,26,主轴纯角向摆动：主轴纯角向摆动
12、可区分为两种情况： 一种是几何轴线相对平均轴线在空间成一定锥角的圆锥轨迹。若沿与平均轴线垂直的各个截面来看，相当于几何轴心绕平均轴心作偏心运动，因此，无论是车削还是镗削，都能获得一个正圆柱，只是各截面的偏心量有所不同而存在圆柱度误差。 另一种是几何轴线在某一平面内作角向摆动，若其频率与主轴回转频率相一致，沿与平均轴线垂直的各个截面来看，车削表面是一个圆，以整体而论车削出来的工件是一个圆柱，其半径等于刀尖到平均轴线的距离；镗削内孔时，在垂直于主轴平均轴线的各个截面内都形成椭圆，就工件内表面整体来说，镗削出来的是一个椭圆柱孔。,10/17/2019,27,纯角度摆动对镗孔的影响 O 工件孔轴心线；
13、Om主轴回转轴心线,10/17/2019,28,影响主轴回转精度的因素,轴回转轴心线的运动误差不仅和主轴部件的制造精度有关，而且还和切削过程中主轴受力、受热后的变形有关。但主轴部件的制造精度是主要的，是主轴回转精度的基础，它包含轴承误差、轴承间隙、与轴承相配合零件的误差等。,10/17/2019,29,轴颈与轴套孔圆度误差引起的径向跳动,车床类机床主轴的受力对加工精度影响,镗床类机床主轴的受力对加工精度影响,10/17/2019,30,滚动轴承的几何误差 （a）轴承孔与滚道有同轴度误差 （b）滚道不圆； （c）滚道有波度 （d）滚动体不圆,10/17/2019,31,机床导轨是机床工作台或刀架
14、等实现直线运动的主要部件，其制造和装配精度是影响直线运动精度的主要因素。 导轨误差对零件的加工精度产生直接的影响。,机床导轨误差。,10/17/2019,32,a.机床导轨在水平面内直线度误差的影响,如下页图所示，使刀尖在水平面内产生位移y，造成工件在半径方向上的误差R。此项误差对于普通车床和外圆磨床，直接反映在被加工工件表面的法向方向，该方向为车和外圆磨外圆时的误差敏感方向，对加工精度影响极大，使工件产生圆柱度误差（鞍形或鼓形）。,10/17/2019,33,车床导轨在水平面内的直线度误差引起的误差,10/17/2019,34,如下图所示，车床导轨在垂直方向存在误差Z，车削外圆时，刀尖位移Z
15、 ，造成工件在半径方向上产生误差R 。,b.机床导轨在垂直面内直线度误差的影响,可见其对零件的形状精度影响甚小(误差的非敏感方向)。,10/17/2019,35,但是，导轨在垂直方向上的误差对平面磨床、龙门刨床、铣床等将引起法向位移，其误差直接反映到工件的加工表面(误差敏感方向)，造成水平面上的形状误差。,龙门刨床导轨在垂直平面内的直线度误差引起的误差,10/17/2019,36,车床导轨间的平行度误差,c.机床导轨间平行度误差的影响,如右图所示，车床两导轨的平行度产生误差(扭曲)，使鞍座产生横向倾斜，刀具产生位移y，造成加工误差。 刀架沿床身导轨做纵向进给运动时，刀尖的运动轨迹是一条空间曲线
16、，使工件产生圆柱度误差。,一般车床H/B2/3，外圆磨床HB，这项原始误差对加工精度的影响不容忽视。由于在纵向不同位置处的值不同，因此加工出的工件产生圆柱度误差（鞍形、鼓形或锥度等）。,10/17/2019,37,当在车床类或磨床类机床上加工工件时，如果导轨与主轴轴心线不平行，则会引起工件的几何形状误差。,d.机床导轨对主轴轴心线平行度误差的影响,例如，车床导轨与主轴轴心线在水平面内不平行，会使工件的外圆柱表面产生锥度;在垂直面内不平行时，会使工件成马鞍形。,10/17/2019,38,机床的传动链误差,对于某些加工方法，为保证工件的精度，要求工件和刀具间必须有准确的传动关系。例如，车或磨螺纹、滚齿、插齿以及磨齿等，要求刀具和工件之间必须具有准确的传动比。,例如，车削螺纹时，要求工件每转一转，刀具走一个行程；在用单头滚刀滚齿时，要求滚刀每转一转，工件转过一个齿等。这些成形运动间的传动比关系是由机床的传动链来保证的，若传动链存在误差，必将引起工件的加工误差。,车螺纹的传动示意图,10/17/2019,39,2
