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1、第二章机械加工精度 2 1概述 零件的加工质量是保证机械产品工作性能和产品寿命的基础 衡量进行加工质量的指标有两方面 加工精度表面质量 本章的任务是讨论零件的机械加工精度问题 一 机械加工精度和加工误差 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 从保证产品的使用性能分析 没有必要把每个零件都加工得绝对准确 可以允许有 定的加工误差 只要加工误差不超过图样规定的偏差 即为合格品 是指零件加工后的实际几何参数 尺寸 形状和位置 与理想几何参数的符合程度 1 机械加工精度 2
2、加工误差 是指零件加工后的实际几何参数 尺寸 形状和位置 与理想几何参数的偏离程度 加工精度越高 则加工误差越小 反之越大 加工精度的高低是以国家有关公差标准来表示的 保证和提高加工精度实际上就是限制和降低加工误差 3 机械加工精度包含的内容 尺寸精度形状精度位置精度 机械加工精度 三者之间的关系 1 当尺寸精度要求高时 相应的位置精度和形状精度也要求高 形状公差应限制在位置公差内 位置公差应限制在尺寸公差内 2 当形状精度要求高时 相应的位置精度和尺寸精度不一定要求高 4 加工精度与加工成本和生产效率的关系 一般地 加工精度要求 加工成本 生产效率 5 研究加工精度的目的 研究加工精度的目的
3、 就是弄清各种原始误差对加工精度影响的规律 掌握控制加工误差的方法 以获得预期的加工精度 必要时能指出进一步提高加工精度的途径 6 研究加工精度的方法 因素分析法统计分析法 在实际生产中 常常结合起来应用 一是先用统计分析法寻找误差的出现规律 初步判断产生加工误差的可能原因 然后运用单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主要原因 二 影响加工精度的因素 零件的尺寸 几何形状和表面间的相互位置的形成 归根到底取决于工件和刀具在切削过程间的相互位置 由于工艺系统存在各种原始误差 它们以不同的方式和程度反映为加工误差 由此可见 1 原始误差 机床夹具刀具工件 亦称机械加工工艺
4、系统 构成了机械加工系统 故 工艺系统误差称为原始误差 工艺系统误差是 因 是根源 加工误差是 果 是表现 2 零件加工中的各种原理误差 调整误差装夹误差加工误差测量误差工件毛坯制造误差加工原理误差 夹具位置的调整 对刀调整 同轴度调整 由切削力 惯性力 刀具磨损 切削热等 工艺系统受力 受热变形和磨损 零件与刀具之间的相对位置 加工误差 铸 锻 焊 轧制 加工等 切削加工 热处理的力 热作用 内应力 工件变形 加工误差 由于采用了近似的加工方法 机械加工中的原始误差可归纳为 定位误差 夹紧误差 合称工件装夹误差 测量方法 测量工具 量具和仪器 误差 测量误差 原始误差 工艺系统 几何误差 加
5、工过程 动误差 工艺系统制造和磨损 工艺系统的力 热效应 机床的制造和磨损夹具的制造和磨损刀具的制造和磨损 受力变形受热变形应力变形 调整误差工件装夹误差加工误差测量误差加工原理误差 三 误差的敏感方向 在加工过程中 各种原始误差的影响会使刀具和工件间正确的几何关系遭到破坏 引起加工误差 各种原始误差的大小和方向各不相同 而加工误差则必须在工序尺寸方向度量 因此 不同的原始误差对加工精度有不同的影响 当原始误差的方向与工序尺寸方向一致时 其对加工精度的影响最大 通过刀尖的加工表面的法线方向 垂直于切削加工速度的方向 下面以外圆车削为例说明两者的关系 如图 车削时工件的回转轴线为O 刀尖正确位置
6、在A 设某一瞬时由于各种原始误差的影响 使刀尖位移到A AA 即为原始误差 它与OA间的夹角为 由此引起工件加工后的半径由R0 OA变为R OA 故半径上的加工误差 R为 当原始误差的方向恰为加工表面的法向方向 0 时 引起的加工误差最大 可以看出 当原始误差的方向恰为加工表面的切线方向 90 引起的加工误差最小 把对加工精度影响最大的那个方向称为误差的敏感方向 对加工精度影响最小的那个方向则称为误差的不敏感方向 刨床的误差敏感方向呢 工件的垂直方向镗削的误差敏感方向呢 工件内圆切削点的法向方向磨削的误差敏感方向呢 工件的法向方向 四 研究加工精度的方法1 因素分析法 研究某一确定因素对加工精
7、度的影响 不考虑因素的同时作用 2 统计分析法 以实测结果为基础 运用数理统计方法进行数据处理 在实际生产中 常常结合起来应用 一是先用统计分析法寻找误差的出现规律 初步判断产生加工误差的可能原因 然后运用单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主要原因 四 全面质量管理 一 TQM 概念 一个组织以质量为中心 以全员参加为基础 目的在于通过让顾客满意和本组织所有成员及社会受益而达到长期成功的管理途径 源于美国 发展于日本 推广于世界 质量管理 质量在于生产 全面质量管理 质量在于生产 企业各项管理工作 设计 生产经营活动等 二 基本观点质量第一的观点 一切为用户服务的观
8、点 质量形成于生产的观点 质量好坏凭数据说话的观点 预防为主 防检结合的观点 以人为本的管理观点 以全体员工特别是生产一线的职工为本 突出质量改进的动态性管理观点 有组织 有计划 持续地进行质量改进 不断满足变化着的市场和用户的需求 加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的切削刃轮廓进行加工而产生的误差 数控直线插补 滚齿用的齿轮滚刀 1 用阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线基本蜗杆 刀刃齿廓近似造型误差 2 滚刀齿有限 实际加工出的齿形是一条由微小折线段组成的曲线和理论上的渐开线有差异 加工原理误差 3 成型铣刀铣齿轮 一 加工原理误差 如 1 在数控机床上采用 行切法 加工复杂形面
9、2 2工艺系统的几何精度对加工精度的影响 2 车削模数蜗杆 由于蜗杆的螺距等于蜗轮的齿距 即 m 其中m是模数 而 是一个无理数3 14159 但是车床配换齿轮的齿数是有限的 因此 在选择配换齿轮时 只能将 化为近似的分数值计算 这样就会引起刀具相对工件的成形运动 螺旋运动 不准确 造成螺距误差 但是 这种螺距误差可通过配换齿轮的合理选配而减小 滚齿加工用的齿轮滚刀有两种误差 一是切削刃齿廓近似造形误差 由于制造上的困难 采用阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆 二是由于滚刀刀齿数有限 且有容屑槽实际上加工出的齿形是一条折线 和理论上的光滑渐开线有差异 包洛造形误差 3 滚齿加
10、工 补充知识 1 获得零件形状精度的方法轨迹法 依靠刀尖的运动轨迹即成形运动精度 成形法 依靠成形刀具即成形精度 和成形运动精度 展成法 依靠展成运动即展成运动的精度 2 获得零件尺寸精度的方法试切法 切削 测量 调整 切削 测量 再调整 调整法 依靠试件 样件 挡块等定行程装置 定尺寸刀具法 依靠刀具自身制造精度 自动控制法 自动化的试切法或调整法3 获得零件表面的相互位置精度一次安装 连续加工 不受定位精度 夹紧精度影响多次安装 多次加工 受定位精度 夹紧精度影响 注意 采用近似的成形运动或近似的切削刃轮廓 虽然会带来加工原理误差 但往往可简化机床或刀具的结构 提高生产效率 有时反而能得到
11、较高的加工精度 因此 只要刀具误差不超过规定的精度要求 在生产中仍能得到广泛的应用 二 调整误差 在机械加工的每一工序中 总是要对工艺系统进行这样或那样的调整工作不可能绝对地准确 因而产生调整误差 工艺系统的调整的基本方式 1 试切法调整 2 调整法调整 1 试切法调整 1 测量误差 由量具本身精度度 测量方法及使用条件引起 2 进给机构的位移误差 在微量调整刀具的位置 低速微量进给中 常常出现进给机构的 爬行 现象 其结果使刀具的实际位移与刻度盘上的数值不一致 造成加工误差 3 试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响 精加工时 最后一道切削刃只起挤压作用而不起切削作用 但正式切削时的深度较大
12、 粗加工反之 让刀 应用 单件小批生产中 方法 对工件进行试切 测量 调整 再试切 直到达到要求的精度为止 这时 引起调整误差的因素有 2 调整法调整 影响调整精度的因素有 1 定程机构误差 调整精度取决于行程挡块 靠模及凸轮等机构的制造精度和刚度 2 样件或样板误差 调整精度取决于样件或样板的制造 安装和对刀精度 3 试切法的影响因素和测量有限样件的制造误差 工艺系统初调好以后 般要试切几个工件 并以其平均尺寸作为判断调整是否准确的依据 由于试切加工的工件数 抽样数 有限 不能完全反映整批工件切削加工的各种随机误差 三 机床误差 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
13、度 机床误差可归纳为 机床导轨导向误差机床主轴回转误差机床传动链的误差 机床误差 1 机床导轨误差 机床导轨误差多达21项 机床导轨是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的主要因素 直接影响工件的加工质量 机床导轨误差 机床导轨误差多达21项 3 6 3 21 导轨在水平面内直线度误差 y导轨在垂直面内直线度误差 x导轨面间平行度 扭曲 误差 导轨对主轴回转轴线的平行度或垂直度误差 1 直线导轨导向精度的主要内容有 1 磨床导轨在水平面内直线度误差的影响引起工件在半径方向上的误差 当磨削长外圆时 造成圆柱度误差 导向精度 导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度 其之
14、差为导向误差 2 磨床导轨在垂直面内直线度误差的影响由于磨床导轨在垂直面内存在误差 磨削外圆时 工件沿砂轮切线方向产生位移 误差非敏感方向 此时工件产生圆柱度误差 对平面磨床 龙门刨床 铣床等法向方向的位移 误差敏感方向 将直接反映被加工件的表面形成的形状误差 3 导轨面间平行度 扭曲 误差的影响如车床两导轨的平行度误差 扭曲 使床鞍产生横向倾斜 刀具产生位移 因而引起工件形状误差 4 导轨对主轴回转轴线的平行度或垂直度误差的影响 造成加工表面下凹 实际应用中 为防止 扫刀 往往将主轴与进给方向倾斜一微小角度 30 其他因素引起工件形位误差 a 前后导轨的磨损 b 机床热变形 靠主轴位温度高
15、成翘曲 c 润滑d 导轨副的磨损 解决措施 1 选择合理的导轨形状及组合 合适的配合长度 均化 双三角 导向保持性好 2 提高导轨的制造精度 3 采用静压导轨 耐磨材料贴面等 二 机床主轴的回转误差 1 主轴回转误差的概念 回转轴线理论上是一条固定不变 主轴实际回转轴线对理想回转轴线的漂移 理想回转中心 机床主轴做回转运动时 主轴的各个截面必然有它的回转中心 在主轴的任一截面 主轴回转时若只有一点速度始终为零 则这一点即为理想回转中心 瞬时回转中心 主轴在实际回转过程中 在一个位置或时刻的回转中心 称为瞬时回转中心 主轴各截面瞬时回转中心的连线叫瞬时回转轴线 主轴的回转运动误差 是指主轴的瞬时
16、回转轴线相对其平均回转轴线 瞬时回转轴线的对称中心 在规定测量平面内的变动量 变动量越小 主轴回转精度越高 反之越低 通常用实际回转轴线的平均植 平均位置 作为理想回转轴线 2 主轴回转运动误差的形式 端面圆跳动 轴向漂移 沿平均轴线上窜动径向圆跳动 径向漂移 轴线始终平行于平均轴线倾角摆动 角向漂移 与平均轴线始终有个倾角 主轴的回转运动误差的基本形式 注意 实际中常是这几种误差的合成 端面圆跳动 瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动 它主要影响端面形状和轴向尺寸精度 径向圆跳动 瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线方向的径向运动b 它主要影响圆柱面的精度 角度摆动 瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角度 但其交点位置固定不变的运动 在不同横截面内 轴心运动误差轨迹相似 它影响圆柱面与端面加工精度 3 主轴回转误差对加工精度的影响 1 端面圆跳动 1 对圆柱面的加工 无影响 轴向 误差不敏感方向 2 对加工端面的影响 3 对螺纹加工的影响 法向 如图 a A R tg 螺距周期误差 如图 b 2 径向圆跳动 使工件产生圆度误差 但影响程度因加工方法的不同而异 如 1 镗孔时 设原始
