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1、第九讲 零件加工精度,浙江大学机械与能源工程学院现代制造工程研究所,零件机械加工精度,精度概念和获得精度的方法 影响加工精度的因素 加工误差的分析与控制 工件的安装与夹具,一. 加工精度的概念,加工精度：零件经过加工后几何参数（尺寸、几何形状以及相互位置等参数）的实际值与理想值的符合程度 加工误差：零件经过加工后的几何参数（尺寸、几何形状以及相互位置等参数）的实际值与理想值的偏离程度 加工精度在数值上通过加工误差的大小来表示；精度和误差是对同一问题的两种不同的说法： 精度越高，误差越小； 精度越低，误差越大。,加工精度的内容,零件的几何参数包括几何形状、尺寸和相互位置三个方面 加工精度包括：
2、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 相互位置精度：限制加工表面与其基准间的相互位置误差，如平行度、垂直度、同轴度、位置度等。,二. 满足加工精度的方法,方法一：试切法 工人在每一工步或走刀前进行对刀，然后切出一小段，测量其尺寸是否合适，如不合适，调整刀具的位置，再试切一小段，直到达到尺寸要求后才加工这一尺寸的全部表面。 生产率低、对工人要求高 用于单件小批生产,二.满足加工精度的方法,方法二：调整法 先按规定尺寸调整好机床、夹具、刀具和工件的相对位置及进给行程，从而保证在加工时自动获得尺寸。 调
3、整法加工时，不再进行试切，生产率大大提高，但精度低些，主要决定于机床、夹具的精度和调整误差 调整法可分为静调整法和动调整法两种,二.满足加工精度的方法,静调整法：样件法 在不切削的情况下，用对刀块或样件来调整刀具的位置 镗床上，用对刀块来调整镗刀的位置，以保证镗孔的直径尺寸； 铣床上，用对刀块来调整刀具的位置，保证工件的高度尺寸； 车床上，用行程档块来调整尺寸，保证车削的长度。,二.满足加工精度的方法,动调整法：尺寸调整法 按试切零件进行调整，直接测量试切零件的尺寸，可以试切一件或一组零件（件），所有试切零件合格，即调整完毕，可以进行加工。 用于大批量生产 考虑了加工过程中的影响因素，精度比静
4、调整法高。,二.满足加工精度的方法,方法三：尺寸刀具法 尺寸刀具法大多利用定尺寸的孔加工刀具，如钻头、镗刀块、拉刀及铰刀等来加工孔。 用成形刀具加工也属于尺寸刀具法 零件精度由刀具来保证，生产率高； 由于刀具磨损后尺寸就不能保证，因此成本较高，多用于大批量生产中。,二.满足加工精度的方法,方法四：主动测量法 在加工过程中，边加工边测量加工尺寸，达到要求时，就立即停止加工 精度高，质量稳定，生产率高 数显主动测量值，数控切削运动,三. 机械加工误差的分类,按是否被人们所掌握分：系统误差与随机误差 系统误差 加工过程中有一定规律、可用函数关系来表达的误差,系统误差,常值系统误差,变值系统误差,如由
5、于铰刀直径较大，加工的孔直径也较大,如刀具磨损以及热伸长所造成的工件尺寸误差。,三. 机械加工误差的分类,随机误差 加工过程中规律性不强，表现为噪声误差性质，符合统计规律 如由于工件材质不均、毛坯尺寸形状差异而引起的误差,三. 机械加工误差的分类,按是否与切削状态有关来分：静态误差和切削状态误差 静态误差：工艺系统在不切削状态下所出现的误差，如机床的几何精度和传动精度； 切削状态误差：工艺系统在切削状态下所出现的误差，如机床在切削时的受力变形和受热变形等。,零件机械加工精度,精度概念和获得精度的方法 影响加工精度的因素 加工误差的分析与控制 工件的安装与夹具,影响加工精度的因素,从机械加工的全
6、过程来分析影响加工精度的因素，包括机械加工采用的加工方法、工艺系统（机床、夹具、刀具及工件组成的系统）本身误差、切削过程可能产生的问题、工作环境、零件检验等,影响加工精度的因素,影响加工精度的主要因素： 原理误差 工艺系统的制造精度和磨损 工艺系统的受力变形 工艺系统的受热变形 工艺系统调整误差 工件安装夹紧误差 度量误差,1. 原理误差,由于采用了近似的加工运动或者近似的刀具廓轮而产生的。 如车削模数螺纹，由于模数螺纹的导程t=m，而是一个无限小数，用交换齿轮来得到导程值时，就引入了原理误差 成形铣刀加工齿轮，齿形形状是近似的，存在原理误差,2. 工艺系统的制造精度和磨损,工艺系统中机床、刀
7、具、夹具本身的制造精度及磨损对工件的加工精度有不同程度的影响。包括： 机床的制造精度和磨损 导轨误差 主轴误差 刀具的制造精度和尺寸磨损 夹具的制造精度和磨损,2.1 机床的制造精度和磨损（1）导轨误差,导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动的基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度 机床导轨平直度与主轴轴线的平行度均影响加工表面的形状和尺寸精度,若垂直面或水平面内，导轨不直则产生刀尖的位移量z和y，从而引起工件的尺寸误差R和R,在垂直面内导轨的弯曲对加工精度的影响很小，可以忽略不计；而在水平面内同样大小的导轨弯曲就不能忽视。,2.1 机床的制造精度和磨损（2）主轴误差,机床主轴是
8、工件或刀具的位置基准和运动基准，它的误差直接影响着工件的加工精度 对主轴的要求，就是在运转的情况下能保持轴心线的位置稳定不变，即回转精度 主轴的回转精度和主轴组件的制造精度（包括加工精度和装配精度）有关，而且还和受力后主轴的变形有关，并且在高速时，还要解决主轴轴承的散热问题。,主轴轴颈的圆度误差、轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴的挠度和支承端面对轴颈轴线的垂直度误差等，主轴在每一瞬间回转轴心线的空间位置都是变动的，存在着回转误差 主轴的回转误差可分为四种基本形式：纯径向跳动、纯角度摆动、纯轴向窜动和轴心漂移 主轴误差即由主轴回转误差造成加工表面的圆度误差,2.2
9、 刀具的制造精度和尺寸磨损,一般的尺寸刀具如钻头、圆孔拉刀等，其制造精度将直接影响加工尺寸精度，刀具磨损后加工尺寸就会产生变化； 一般的刀具如车刀、立铣刀等，其制造精度不会影响加工尺寸，主要靠刀具位置的调整（即对刀）来保证。但尺寸磨损将对加工精度产生影响,2.3 夹具的制造精度和磨损,夹具的制造精度主要表现在定位元件、对刀装置和导向元件等本身的精度以及它们之间的相对位置精度。 定位元件确定了工件与夹具之间的相对位置 对刀装置和导向元件确定了刀具与夹具之间的相对位置 通过夹具就间接确定了工件和刀具之间的相对位置，从而保证了加工精度 夹具中定位元件、对刀装置和导向元件的磨损会直接影响加工精度(位置
10、精度),3. 工艺系统受力变形 3.1刚度,刚度的概念 用来表征物体受力后抵抗受力变形的能力 物体在受力方向上产生单位弹性变形所需的力称为刚度,瞬时刚度：物体在受力方向上某一时刻的力变化与该方向上产生的变形变化量的比值 柔度：物体受单位力时在受力方向的变形，是刚度的倒数。,在工艺系统中，往往一个方向的力同时产生几个方向的变形，因此工艺系统的变形具有复合性,工艺系统的刚度及其组成,整个工艺系统的刚度决定于机床、刀具、工件及夹具的刚度，工艺系统的受力变形等于机床、刀具、工件及夹具的受力变形之和。 影响系统刚度的主要因素包括：接触变形、刚性差的元件、连接件的预紧力、摩擦力、间隙等等。 工艺系统刚度越
11、高，加工精度越高。,3.2 切削力对加工精度的影响,误差复映就是指由于切削力和系统刚度的原因，加工表面的原始形状误差将以缩小的比例复映到已加工工件表面,比值=1/0称为误差复映系数，显然它是小于1的，误差复映系数越小，则系统刚度值越高。 当工件经n次走刀后，其径向截面形状精度可用总的误差复映系数来表示： 如果每次走刀所用刀具和切削用量等都相同，忽略K系统的变化，则各次走刀的i相等，则： n为走刀次数,走刀次数（或工步次数）越多，总的误差复映系数越小，零件形状精度越高 系统刚度越好，加工精度越高 切削深度值的大小并不影响误差复映系数值，因为误差复映系数只与切削深度的差值有关，因此切削深度的大小并
12、不影响横向截面的形状精度，但会影响切削力的大小，影响工艺系统的受力变形，从而影响工件的横向截面的尺寸精度 可以根据零件所要求的形状精度和毛坯的情况来选择工艺系统刚度及走刀次数,3.3 传动力对加工精度的影响,加工轴类零件时，往往用顶尖孔定位，通过装在主轴上的拨盘、传动销夹盘使工件回转，使工件回转的力称为传动力。 在拨盘转动过程中，传动力F与切削分为Fy有时同向，有时反向，有时成某一角度，因此传动力的方向是变化的。当F与Fy方向相同时，切削深度将减小；当两者方向相反时，切削深度将增加。由于切削力不等，变形各异，因而引起加工误差。,3.4 惯性力对加工精度的影响,高速回转零件的不平衡会产生离心力，
13、离心力在零件回转过程中不断改变方向。当离心力与切削分力Fy同向时，减小了实际切削深度；反向时，增加了实际切削深度，从而引起工艺系统的受力变形的变化，产生加工误差。,3.5 夹紧力对加工精度的影响,对于刚度比较差的零件，在加工时由于夹紧力安排不当使零件产生弹性变形。加工完毕后，卸下工件，这时弹性恢复，从而造成形状误差。,3.6 重力对加工精度的影响,在加工中，由于机床部件或工件产生移动，其重力作用点变化而产生弹性变形，从而影响加工精度。,提高工艺系统刚度的措施,提高机床构件自身刚度 提高工件安装时的刚度 提高加工时刀具的刚度 提高机床配合零件表面质量 减少接触面，提高接触刚度 加预紧力，使之产生
14、预变形，提高接触刚度,4. 工艺系统受热变形,工艺系统受热变形的主要内容 刀具的热变形 工件的热变形 机床的热变形 减小热变形对加工精度影响的措施 减小并隔离热源 研究机床的热补偿 稳定机床温度场分布（达到热平衡后再工作） 控制环境温度,5. 工艺系统调整误差,加工中需要调整，由于调整不可能绝对准确，从而带来一项原始误差即调整误差 试切法调整： 度量误差：测量不准 加工余量：最小切削深度 微进给误差：进给机构的爬行现象 定程机构的调整：机构的制造精度、使用配合精度、元器件的灵敏度 按样件调整：样件本身的误差、对刀误差,6. 工件安装夹紧误差,安装：定位+夹紧 定位：把工件安放在机床工作台上或夹
15、具中，使它和刀具之间有相对正确的位置 夹紧：工件定位后，将工件固定，使其在加工过程中保持定位位置不变 工件安装夹紧误差：定位误差、夹紧误差,7. 度量误差,零件在加工时或加工后进行度量，总会产生度量误差，影响加工精度 造成度量误差的因素 度量方法和度量仪器的选择 测量力引起的变形误差：接触测量 度量环境的影响：温度、洁净度 读数误差,零件机械加工精度,精度概念和获得精度的方法 影响加工精度的因素 加工误差的分析与控制 工件的安装与夹具,1. 分布曲线法,直方图,正态分布,正态分布曲线的特点,曲线对称于X平均值线 曲线两端与x轴相交于无穷远 曲线下与x轴之间所包含的面积是1，在对称轴的3范围内所
16、包含的面积为99.73%。曲线下与x轴之间所包含的面积表示了某一尺寸范围零件出现的概率。由于曲线两端与x轴交于无需穷远，因此要达到100%的概率是不可能的，所以以3范围代表全部零件,利用分布曲线研究加工精度,正态分布曲线的形状决定于均方差，越大，分布曲线越平坦，尺寸分布范围比较大，尺寸比较分散，加工方法的加工精度较低。因此可用值的大小来比较各种加工方法和加工设备的精度 工艺能力系数：将零件加工尺寸的公差T和实际分布曲线的尺寸分布范围6联系起来，T表示加工所要达到的公差带宽度，6则表示实际上所能达到的公差带宽度，两者的比值称为工艺能力系数。,工艺能力系数,工艺能力系数Cp表示了工艺能力的大小，表示某种加工方法和加工设备能否胜任零件所有要求精度的程度 Cp1表示零件合格的概率趋近于1 Cp1表示所用加工方法精度过高，造成浪费 Cp=1表示加工能力有些勉强，遇到外来因素或随机因素影响，就会产生不合格品 Cp1
