《机械制造技术基础第七章课件.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造技术基础第七章课件.（98页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 本章介绍机械加工精度与加工误差，从保 证零件的机械加工质量出发，研究机械加工系 统中各种误差对加工精度的影响，分析其内在 的联系。研究工艺系统中各种误差与加工精度 之间的关系，掌握其变化的基本规律，寻求提 高加工精度的途径。 本章讨论的内容有机械加工精度与误差的 基本概念、影响加工精度的因素、加工误差的 综合分析及提高加工精度的途径四个方面。 本章提要 7.1 机械加工精度的基本概念 7.1.1 加工精度与加工误差 在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使刀具和工件 间的正确位置发生偏移，因而加工出来的零件不可能与理想的 要求完全符合，两者的符合程度可用机械加工精度和加工误差 来表示。 加工
2、精度：零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位 置)与理想几何参数相符合的程度。符合程度越高则加工精度 就越高。 加工误差：零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的 偏离程度称为加工误差。 加工误差的大小表示了加工精度的高低，加工误差是加 工精度的度量。 加工精度与加工误差 “加工精度”和“加工误差”是评定零件几何参数准确程度的两种 不同概念。生产实际中用控制加工误差的方法或现代主动适应 加工方法来保证加工精度。 7.1.2 研究加工精度的方法 研究加工精度的方法一般有两种： 一是因素分析法，通过分析计算或实验、测试等方法，研 究某一确定因素对加工精度的影响。一般不考虑其它因素的同 时作用，主
3、要是分析各项误差单独的变化规律。 二是统计分析法，运用数理统计方法对生产中一批工件的 实测结果进行数据处理，用以控制工艺过程的正常进行。 这两种方法在生产实际中往往结合起来应用。一般先用统 计分析法找出误差的出现规律，判断产生加工误差的可能原因 ，然后运用因素分析法进行分析、试验，以便迅速有效地找出 影响加工精度的关键因素。 研究加工精度的方法 7.2 影响加工精度的因素 原始误差及分类 零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和工件组成的工 艺系统中进行的。 工艺系统中凡是能直接引起加工误差的因素都称为原始误 差。 原始误差的存在，使工艺系统各组成部分之间的位置关系 或速度关系偏离了理想状态，致
4、使加工后的零件产生了加工误 差。 原始误差的分类归纳如下。 若原始误差是在加工前已存在，即在无切削负荷的情况下 检验的，称为工艺系统静误差；若在有切削负荷情况下产生的 则称为工艺系统动误差。 图71 为活塞销孔精镗工序中的各种原始误差： 由于定位基准不是设计基准而产生的定位误差; 由于夹紧力过大而产生的夹紧误差属工件装夹误差； 机床制造或使用中的磨损产生的导轨误差属于机床误差； 调整刀具与工件之间位置而产生的对刀误差属调整误差； 由于切削热、摩擦热等因素的影响而产生的机床热变形属 于工艺系统热变形; 还有加工过程中的刀具磨损; 加工完毕测量工序尺寸时,由于测量方法和量具本身的误差 而产生的测量
5、误差。 原始误差举例 各种原始误差的大小和方向各有不相同，而加工误差则必 须在工序尺寸方向上测量。所以原始误差的方向不同时对加工 误差的影响也不同。图72（或观看动画）以车削为例说明原 始误差与加工误差的关系。图中实线为刀尖正确位置，虚线为 误差位置。 原始误差的方向不同时对加工误差的影响也不同。把对加 工误差影响最大的那个方向（即通过刀刃的加工表面的法线方 向）称为误差敏感方向。 （ 71） （ 72） 误差的敏感方向 7.2.1 加工原理误差 加工原理误差 加工原理是指加工表面的形成原理。加工原理误差是由 于采用了近似的切削运动或近似的切削刃形状所产生的加工 误差。 为了获得规定的加工表面
6、，要求切削刃完全符合理论曲 线的形状，刀具和工件之间必须作相对准确的切削运动。但 往往为了简化机床或刀具的设计与制造，降低生产成本，提 高生产率和方便使用而采用了近似的加工原理，在允许的范 围内存在一定的原理误差(如滚齿加工）。 7.2.2 机床误差 主轴回转误差概念 机床误差是指在无切削负荷下，来自机床本身制造误差 、安装误差和磨损，主要包括主轴回转误差、导轨误差、传 动链误差。 7.2.2.1 主轴回转误差 （1）主轴回转误差的概念 理论上机床主轴回转时，回转轴线的空间位置是固定不 变的，即它的瞬时速度为零。而实际主轴系统中存在着各种 影响因素，使主轴回转轴线的位置发生变化。将主轴实际回
7、转轴线对理想回转轴线漂移在误差敏感方向上的最大变动量 称为主轴回转误差。 主轴回转误差分类及影响因素 主轴回转误差可分为如图73所示的三种基本类型： 纯径向跳动：实际回转轴线始终平行于理想回转轴线，在 一个平面内作等幅的跳动。 纯轴向窜动：实际回转轴线始终沿理想回转轴线作等幅的 窜动。 纯角度摆动：实际回转轴线与理想回转轴线始终成一倾角 ，在一个平面上作等幅摆动，且交点位置不变。 影响主轴回转精度的主要因素 一是主轴轴颈与支承座孔的圆度误差，波度和同轴度、止 推面或轴肩与回转轴线的垂直度误差。 二是滑动轴承轴颈和轴承孔的圆度、波度和同轴度、端面 与回转轴线的垂直度；或滚动轴承滚道的圆度、波度、
8、滚动体的 圆度误差和尺寸误差，滚道与轴承内孔的同轴度误差(如图7.4); 轴承间隙及止推滚动轴承的滚道与回转轴线的垂直度误差等。 回转误差对加工精度的影响 （2）主轴回转误差对加工精度的影响 不同型式的主轴回转误差对加工精度的影响是不同的；而 同一类型的回转误差在不同的加工方式中的影响也不相同。如 图7.5、7.6、7.7、7.8和表7.1所示。 主轴回转误 差 的基本形式 车床上车削镗床上镗削 内、外圆端面螺纹孔端面 纯径向跳动影响极小无影响圆度误差无影响 纯轴 向窜动无影响 平面度误差 垂直度误差 螺距误差无影响 平面度误差 垂直度误差 纯角度摆动圆柱度误差影响极小螺距误差圆柱度误差平面度
9、误差 表71 机床主轴回转误差产生的加工误差 7.2.2.2 导轨误差 导轨在垂直面内的直线度误差 机床导轨是机床主要部件的相对位置及运动的基准，导 轨误差将直接影响加工精度。 (1)导轨在垂直面内的直线度误差 卧式车床或外圆磨床的导轨垂直面内有直线度误差Z如 图7.9(a)，使刀尖运动轨迹产生直线度误差Z，由于是误差 非敏感方向，零件的加工误差RZ22R可忽略不计。 而平面磨床、尤门刨床这时是误差敏感方向，所以导轨 误差将直接反映到被加工的零件上。 导轨在水平面内的直线度误差 (2)导轨在水平面内的直线度误差 卧式车床或外圆磨床的导轨水平面内有直线度误差Y如 图7.9(b)，将使刀尖的直线运
10、动轨迹产生同样的直线度误差Y ，由于是误差敏感方向，工件的加工误差RY，造成零件 的圆柱度误差。 对平面磨床和龙门刨床，导轨水平方向为误差非敏感方向 ，加工误差可忽略。 导轨的平行度误差 （7. 3） 一般车床H/B2/3，外圆磨床H/B1。因此这项原始误差 对加工精度的影响不能忽略。 (4)导轨与主轴回转轴线的平行度误差 若车床导轨与主轴回转轴线在水平面内有平行度误差，车 出的内外圆柱面产生锥度；若在垂直面内有平行度误差，则圆 柱面成双曲线回转体如 图7.11， 因是误差非敏感方向故可忽 略。 (3) 前后导轨的平行度(扭曲) 当卧式车床或外圆磨床的前后导轨存在平行度误差(扭曲) 时(见图7
11、.10)，刀具和工件之间的相对位置发生了变化，结果 引起了工件的形状误差。在垂直于纵向走刀的某一截面内，若 前后导轨的平行度误差为Z，则零件的半径误差为： 7.2.2.3 传动链误差 传动链误差 传动链误差是指机床内联系传动链始末两端传动元件之 间相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡 量。 产生的原因是传动链中各传动元件的制造误差、装配误 差及磨损等。各传动件对工件精度影响的总和,即传动链的总转角误差 为： = jn 尽可能缩短传动链，减少传动元件数目； 尽量采用降速传动，误差被缩小； 提高传动元件、特别是末端元件的制造和 装配精度； 消除传动间隙； 采用误差补偿机构或自动补偿装
12、置。 7.2.2.3 其他几何误差 一般刀具(如普通车刀、单刃镗 刀和平面铣刀等)的制造误差，对加 工精度没有直接影响。 1、刀具误差 一般刀具 定尺寸刀具 成形刀具 机加 工中 常用 的刀 具有 ： 定尺寸刀具(如钻头、铰刀、拉 刀等)的尺寸误差直接影响加工工件 的尺寸精度。刀具在安装使用中不当 将产生跳动，也将影响加工相应。 成形刀具(如成形车刀、成形 铣刀及齿轮刀具等)的制造误差和 磨损，主要影响被加工表面的形 状精度。 其他几何误差 1）定位元件、刀具导向元件、 分度机构和夹具体的制造误差 2）夹具元件装配误差 3）夹具在长期使用过程中工作 表面的磨损 2、工件的装夹误差与夹具制造、磨
13、损 工件装夹误差是指定位误差和夹紧误差。 夹具制造、磨损 其他几何误差 3、测量误差 7.2.3 工艺系统受力变形 受力变形与刚度 7.2.3.1 工艺系统刚度 工艺系统在切削力作用下在各个受力方向产生相应变形，但影 响最大的是误差敏感方向，所以工艺系统刚度指切削力在加工表面 法向的分力FY与FX、FY、FZ同时作用下产生的沿法向的变形Y系统之 间的比值。刚度K系统(柔度C系统)如下： 工艺系统受力变形不但影响工件的加工精度，而且还影响表面质 量，限制切削用量和生产率的提高。 机械加工过程中，工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、重力和 惯性力等外力作用下，会产生变形，破坏刀具和零件之间的正确位置
14、 关系，使零件产生加工误差(见图)。 零件的刚度 由于力与变形一般都是在静态条件下进行考虑和测量的，故上述 刚度、柔度分别称为静刚度和静柔度。静刚度是工艺系统本身的属 性，在线性范围内可认为与外力无关。 工艺系统各组成部分的刚度 （1）零件的刚度 形状规则、简单的零件的刚度可用有关力学公 式推算。长轴零件两顶尖装夹按简支梁计算，三爪卡盘装夹按悬臂梁 计算。 零件用两顶尖装夹，工件的变形可按简支梁计算， 最大变形为： 最小刚度为： 零件用三爪卡盘装夹，工件的变形可按悬臂梁计算， 最大变形为： 最小刚度为： （2）机床部件的刚度 机床部件的刚度 机床结构形状复杂，各部件受力影响变形各不相同，且变形
15、后对工件加 工精度的影响也不同。 影响机床部件刚度的因素：接合面间的间隙；薄弱零件本身的变形( 见图) ；连接表面间的接触变形(见图) 。 由于机床部件刚度的复杂性，很难用理论公式计算，刚度计算主要通过 实验方法来测定(见图) 。 从机床静刚度曲线可以看出：变形与载荷不成线性关系，反映刀架的变 形不纯粹是弹性变形；加载与卸载曲线不重合，有残余变形存在，两曲线中 包容的面积代表了加载-卸载循环中所损失的能量，即外力在克服部件内零件 间的摩擦和接触塑性变形所作的功 ；实际刚度比估算的小， 因为机床部件 由许多零件组成，零件之间存在着结合面、配合间隙和刚度薄弱环节，机床 部件刚度受这些因素影响，特别
16、是薄弱环节对部件刚度影响较大 。 （3）工艺系统的刚度 工艺系统的刚度 工艺系统在切削力作用下都会产生不同程度的变形，工艺系统受力总变 形是各个组成部分变形的迭加，即： 而工艺系统各部件的刚度为： 所以工艺系统刚度为： 知道工艺系统各组成部分的刚度后，就可以求出整个工艺系统的刚度。 工艺系统刚度的一个特点：整个工艺系统的刚度比其中刚度最小的那个环节 的刚度还小。 7.2.3.2 工艺系统受力对加工精度的影响 切削力的作用位置对加工精度的影响 （1）切削过程中力作用位置的变化对加工精度的影响 工艺系统的刚度另一个特点是：工艺系统的各环节的刚度和整个工艺系 统的刚度，是随着受力点位置变化而变化。如图7.18。 由此可见，工艺系统刚度在沿工件轴向的各个位置是不同的。所以加工 后工件各个横截面上的直径尺寸也不相同，造成加工后的形状误差。 如图7.12(a)细长零件，刚度低，工艺系统的变形取决于零件的变形，产 生鼓形加工误差。而图7.12(b)短粗工件，
