现代过程装备制造技术-10机械加工精度

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1、10 机械加工精度,10.1 概述 10.2 工艺系统的几何误差 10.3 工艺系统的受力变形 10.4 工艺系统的热变形 10.5 工艺残余应力引起的变形,10.1 概述,通常形状误差限制在位置公差内 ，位置公差限制在尺寸公差内,表面粗糙度 波度 纹理方向 伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）,10.1 概述,加工精度：零件加工后实际几何参数与理想几何参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）符合程度。 加工误差：零件的实际几何参数与理想几何参数的偏差。 两者关系：从不同角度来评定加工零件的几何参数。加工精度的高低是由加工误差的小大来表示的，保证和提高加工精度问题，实际上是限制和降低加工误差问题。,10.1

2、 概述,尺寸精度：限制加工表面与其基准间尺寸误差不超过一定的范围； 几何形状精度：限制加工表面宏观几何形状误差，如圆度、圆柱度、平面度、直线度等；,10.1 概述,相互位置精度：限制加工表面与其基准面的相互位置误差，如平行度、垂直度、同轴度、位置度等。 尺寸精度、形状精度和位置精度的关系： 通常形状公差限制在位置公差内，而位置误差一般限制在尺寸公差之内。当尺寸精度要求高时，相应的位置精度、形状精度也要求高。但形状精度或位置精度要求高时，相应的尺寸精度不一定要求高，这要根据零件的功能要求来决定。,10.1 概述,机械加工工艺系统 在机械加工时，机床、刀具，夹具和工件构成一个完整的系统，为工艺系统

3、。 原始误差 工艺系统中凡是直接引起加工误差的因素都称为原始误差。,（几何误差）,10.2 工艺系统的几何误差,10.2.1 原理误差 10.2.2 机床的几何误差 10.2.3 装夹误差和夹具误差 10.2.4 刀具误差 10.2.5 调整误差,10.2.1 原理误差,原理误差是由于采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓而产生的。 原理误差多出现于螺纹、齿轮等复杂曲面加工； 应用近似加工，在理论误差可以满足加工精度要求的前提下(10%-15%尺寸公差)，是提高生产率和经济性的有效工艺方法。,10.2.2 机床的几何误差,机床的几何误差通过成形运动反映到工件表面上。成形运动大部分由回转运动和直线

4、运动所组成。 主轴误差 导轨误差 传动键误差 “误差敏感方向”,10.2.2 机床的几何误差,误差敏感方向,10.2.2 机床的几何误差,主轴误差 主轴回转精度是指主轴的实际回转轴线相对其理想回转轴线的在误差敏感方向上的最大变动量。,主轴理想回转轴线认为是主轴的瞬时几何轴线的平均回转轴线。,10.2.2 机床的几何误差,轴向窜动、径向跳动和倾角摆动,10.2.2 机床的几何误差,影响主轴回转精度的主要因素 滑动轴承 工件回转类机床：如车床切削力及误差敏感方向不变，轴径不圆引起主轴径向跳动,刀具回转类机床：如镗床切削力及误差敏感方向随主轴回转而相应变化，轴承孔不圆引起主轴径向跳动,10.2.2

5、机床的几何误差,影响主轴回转精度的主要因素 滚动轴承 主要受轴承内外环滚道的圆度、坡度、滚动体尺寸误差等影响 提高主轴回转精度的措施 提高主轴部件的精度 对滚动轴承选择装配，通过调节使误差相互抵消或补偿 使主轴的回转误差不反映到工件上去,10.2.2 机床的几何误差,导轨误差 水平面内的直线度误差（弯曲） 垂直平面内的直线度误差（弯曲） 前后导轨之间的平行度误差（扭曲）,水平面内的直线度误差（弯曲） 车削、磨削时，为误差敏感方向，引起圆柱度误差,10.2.2 机床的几何误差,垂直平面内的直线度误差（弯曲） 车削、磨削时，为非误差敏感方向，对加工精度影响很小 刨削、平面磨削时，为误差敏感方向，引

6、起平面度或直线度误差,10.2.2 机床的几何误差,前后导轨之间的平行度误差（扭曲） 两导轨不平行对加工精度的影响较大，引起工件的形状误差（鞍形、鼓形、锥形等） Ry=H/B 一般车床中H 2/3 B 外圆磨床H B 安装水平的调整 及时修复磨损,10.2.2 机床的几何误差,传动键误差 在加工齿轮、蜗轮蜗杆、螺纹及丝杆等零件的传动表面时，一般通过机床的范成运动来完成。这种运动是由机床传动系统中有关传动链来实现的。 传动链的首末两端传动元件之间相对运动的误差即传动键误差。 减少传动链误差措施 减少传动链中的元件数，即缩短传动链； 提高传动元件，特别是终端传动元件的制造和装配精度； 尽量减小传动

7、链中齿轮副或螺旋副中存在的传动间隙； 采用误差补偿办法。,10.2.2 机床的几何误差,定程误差 是指工作台从一个位置移动到另一个位置或者重复移动到规定的位置时，其实际移动位置相对于名义位置的偏移量。 主要影响工件的尺寸精度和被加工表面间的位置精度。 主要来源于机床的进给传动机构和定程装置。,10.2.3 装夹误差和夹具误差,装夹误差包含定位和夹紧产生的误差。 夹具误差 定位元件、导向元件、分度机构和夹具体等的制造误差； 夹具装配后各元件的相对位置误差； 夹具工作表面磨损产生的误差。 主要影响工件加工表面的位置精度。,10.2.4 刀具误差,刀具误差主要为刀具的制造和磨损误差。 定尺寸刀具（钻

8、头、绞刀、键槽铣刀、浮动镗刀块等）的尺寸误差影响加工尺寸误差；成形刀具和展成刀具形状误差影响加工形状误差。 刀具磨损影响工件尺寸或形状误差。,车刀后刀面磨损对加工尺寸影响,刀具磨损过程,10.2.5 调整误差,调整误差：由于调整不准确而产生的误差。 工艺系统调整方法 试切法 以试切、测量、调整、再试切的循环方法，得到刀具与工件的正确位置，以获得加工表面的尺寸精度。 影响因素：测量误差；微进给机构的位移误差；切削层太薄引起的误差。 特点：生产效率低，只适用单件小批生产。 调整法 预先调整好刀具与工件的相对位置。 影响因素：影响试切法的所有因素；定程机构、样件或样板的误差 特点：生产效率高，大指量

9、生产应用较多。,作业1,说明加工精度、加工误差和公差的概念以及它们之间的区别。 说明工艺系统的误差的内容。 试分析采用滑动轴承对车床加工的形状误差影响最大的因素。 P303 10-5,10.3 工艺系统的受力变形,10.3.1 基本概念 10.3.2 工艺系统受力变形对加工精度的影响 10.3.3 减小工艺系统受力变形的途径,10.3.1 基本概念,工艺系统受力变形 工艺系统的刚度 在误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比。 工艺系统的柔度,10.3.1 基本概念,工艺系统的法向总变形量 工艺系统的刚度 工艺系统刚度计算说明 工件、刀具形状简单，其刚度可用材料力学公式计算 机床部件、夹具等

10、，其刚度多采用实验方法确定计算时可适当简化（忽略变形小的部分）,下标jc为机床，jj为夹具， dj为刀具，g为工件。,切削力作用点位置不同引起的误差 工件刚度很高，受力变形很小。工艺系统的总位移取决于机床头、尾架和刀架的变形。,10.3.2 工艺系统受力变形对加工精度的影响,引起工件成鞍形,10.3.2 工艺系统受力变形对加工精度的影响,切削力作用点位置不同引起的误差 工件刚度很低时，工艺系统的变形量取决于工件变形量的大小。 一般情况下，机床、夹具、刀具和工件变形共同影响：,引起工件成鼓形,在毛坯材料硬度均匀，刀具几何形状、切削条件和进给量一定的情况下，则 所以 工艺系统变形量 车削工件的圆度

11、误差为,10.3.2 工艺系统受力变形对加工精度的影响,误差复映 由于工艺系统受力变形，使毛坯误差部分反映到工件上，此种现象称为误差复映。 切削力,10.3.2 工艺系统受力变形对加工精度的影响,误差复映 误差复映系数 机械加工中，误差复映系数通常小于1。可多次走刀来消除误差复映程度。 误差复映发生情况的讨论 毛坯的形状误差或相互位置误差都会复映为工件的加工误差； 工艺系统刚度高时，只需在粗加工时考虑； 批量生产中用调整法加工工件时，毛坯尺寸形状差异较大或硬度不均，也会产生此类误差。,10.3.2 工艺系统受力变形对加工精度的影响,其他作用力产生的加工误差 传动力的影响 0时，传动力与切削力相

12、反，使工件靠近刀具，工件被多切去，形成最小半径； 180时，则相反。 工件产生心形曲线的形状误差。离床头越近，传动力影响越大。,解决：采用双拨销的拨盘传动，使两头产生的传动力互相平衡，可避免此误差。,10.3.2 工艺系统受力变形对加工精度的影响,其他作用力产生的加工误差 惯性力的影响 旋转的零部件不平衡会产生离心力，类似于传动力，产生相近的误差规律。 解决：对重平衡，即在不平衡质量的反向加装重块。 夹紧力的影响 当工件刚性很差时，夹紧方法不当会引起棱圆状的形状误差。 解决：加开口过渡环，均布夹紧力。,10.3.2 工艺系统受力变形对加工精度的影响,其他作用力产生的加工误差 机床零部件和工件本

13、身重量的影响 产生平面度误差、锥度误差。 解决：调整靠模板斜来补偿；增加支承。,10.3.3 减小工艺系统受力变形的途径,提高工艺系统的刚度 合理设计结构 尽可能减少壁厚，加大轮廓尺寸。设计大型零件时，力求做成四方壁的形式、截面封闭、少开孔。适当的部件增添隔板或加强筋。 提高连接表面的接触刚度 降低连接表面的粗糙度和几何形状误差； 预加载荷，以消除配合面间的间隙，使一开始就有较大的实际接触面积。,10.3.3 减小工艺系统受力变形的途径,提高工艺系统的刚度 设置辅助支承 采用合理的装夹和加工方式,10.3.3 减小工艺系统受力变形的途径,转移或补偿弹性变形 采取适当的工艺措施 合理选择刀具的几

14、何参数和切削用量 毛坯分组，使加工余量均匀,10.4 工艺系统的热变形,10.4.1 概述 10.4.2 机床热变形对加工精度的影响 10.4.3 刀具热变形对加工精度的影响 10.4.4 工件热变形对加工精度的影响 10.4.5 减小工艺系统热变形的途径,工艺系统因温度升高而产生变形，使工件和刀具之间的相对位置发生变化。热变形引起的加工误差占总误差的50%，在精密加工中约占4070%。 切削热是刀具和工件热变形的主要热源；摩擦热是机床热变形的主要热源。它们都会成为二次热源。 温度场与工艺系统的热平衡 热平衡：单位时间内系统传入热量与传出热量相等 稳定温度场、非稳定温度场,10.4.1 概述,

15、10.4.2 机床热变形对加工精度的影响,机床主要热源是空载功耗。 车床的热变形 车床的主要热源是主轴箱轴承的摩擦热和主轴箱中油池的发热。,垂直方向安装刀具的自动车床和转塔车床，主轴箱热变形对加工精度影响大。 其它机床的热变形,10.4.3 刀具热变形对加工精度的影响,刀具的主要热源是切削热。 刀具的体积和热容量小，达到热平衡时间较短。 加工细长轴时，对工件的加工精度有明显影响。 车刀热伸长量,10.4.4 工件热变形对加工精度的影响,工件的主要热源是切削热，对大型件或精密零件不能忽视外部热源。 工件受热均匀 主要影响尺寸精度。 靠近主轴箱的工件直径比靠近尾架的直径小。 对细长轴，受热伸长大，

16、两端受顶尖限位而导致弯曲变形，产生圆柱度误差。可采用液压尾顶尖。 工件受热不均匀 主要影响形状精度。 采用充足的切削液，减小温度。,10.4.5 减小工艺系统热变形的途径,改进机床结构 热对称结构；分离内部热源；热补偿结构 采用非金属材料 合成花岗岩制作机床基础部件；陶瓷制作精密零件 强制冷却，控制温升 设置人工辅助热源，稳定和提高热态加工精度 采用热变形自动补偿措施 控制环境温度 恒温,10.5 工件残余应力引起的变形,10.5.1 产生残余应力的主要原因 10.5.2 减小残余应力及其所引起变形的措施,10.5.1 产生残余应力的主要原因,工件各部分受热不均或受热后冷却速度不同而引起的残余应力 工件冷态受力较大而引起的残余应力 机械加工带来的残余应力,10.5.2 减小残余应力及其所引起变形的措施,增设消除残余应力的工序 铸、锻、焊接件进行退火或回火； 零件淬火后进行回火； 精度要求高的零件，如床身、箱体、丝杆、精密主轴等在粗加工后进行时效处理。 合理设计零件结构 简化零件结构；提高零件刚性；缩小零件各部分尺寸