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1、6.1 概述,第6章 机械加工精度,一、加工误差的定义,机械加工精度是指零件经机械加工后的实际几何参数（尺寸，形状、表面相互位置）与零件的理想几何参数相符合的程度。在实际生产中，加工精度的高低是用加工误差的大小来评价和表示的。加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。,二、加工误差产生的原因,原理误差机床误差夹具误差刀具误差工件夹紧误差调整误差,加工前工艺系统静误差,加工过程中刀具和工件之间的相对位置不能达到理想要求而产生的。,三、原始误差的分类（引起加工误差的因素原始误差）,1. 与原始状态有关的误差,2. 与工艺过程有关的误差,刀具磨损工艺系统受力变形工艺系统受热变形,工艺系统动误差,加工
2、中,加工后,四、对原始误差引起的加工误差的研究方法,1.单因素分析法 通过实验、计算、分析找出原始误差与加工误差的关系（变化规律）2.统计分析法 数理统计（在大量的数据基础上研究）,测量误差工件残余应力应起的变形,五、原理误差,由于采用了近似的加工方法或近似的刀具轮廓而产生的误差,例1：用齿轮铣刀以成形铣削齿轮，所有同一模数的齿轮只分为8把铣刀,在允许的范围内，近似加工是允许的，也是合理的。,原理误差不能靠提高机床或刀具的制造精度来消除。,例3：用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮,式中 R 球头刀半径； h 允许的残留高度。,例2：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件,6.2 工艺系统的几何精
3、度对加工精度的影响,(a) 主轴纯径向跳动 (b) 主轴纯轴向窜动 (c) 主轴纯角度摆动,1.主轴回转误差,（1）主轴回转误差的基本形成和影响,一、 机床成形运动误差的影响, 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔）,考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖的坐标值为：,式中 R 刀尖回转半径； 主轴转角。,显然，计算式为一椭圆。,径向跳动对车外圆精度影响,仍考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖运动轨迹接近于正圆（中心线偏移）。,主轴径向圆跳动对加工精度的影响（车外圆）, 主轴端
4、面圆跳动对加工精度的影响,被加工端面不平，与圆柱面不垂直；加工螺纹时，产生螺距周期性误差。, 主轴倾角摆动对加工精度的影响,与主轴径向跳动影响类似，不仅影响圆度误差，而且影响圆柱度误差。,镗床 轴承孔不圆引起镗床主轴径向跳动,车床 轴径不圆引起车床主轴径向跳动（注意其频率特性）,（2）主轴回转误差产生的原因,主轴径、轴承孔的圆度误差,其他因素,轴肩、隔套端面平面度误差及与回转轴线的垂直度误差；装配质量等,轴承, 推力轴承滚道端面平面度误差及与回转轴线的垂直度误差, 滚动轴承内外滚道圆度误差、滚动体形状及尺寸误差,静压轴承 对轴承孔或轴径圆度误差起均化作用,（3）减小主轴回转误差产生加工误差的措
5、施,减小原始误差,转移原始误差,采用高精度轴承等：,提高主轴或主轴部件制造精度和装配精度,例如外圆磨, 传统测量方法存在问题：, 主轴回转误差的测量, 准确测量方法,包含心轴、锥孔误差在内非运动状态。,2.导轨误差, 导轨在垂直平面内直线度误差, 导轨在水平面内直线度误差,Ry D2y, 两导轨间平行度误差,D=2=,见图：,（式1）,（式2）,显然：,工艺系统原始误差方向不同，对加工精度的影响程度也不同。对加工精度影响最大的方向，称为误差敏感方向。 误差敏感方向一般为已加工表面过切削点的法线方向。,导轨与主轴回转轴线位置误差对加工精度的影响,二、机床成形运动间相互位置误差的影响, 影响导轨导
6、向精度的主要因素,机床制造误差机床安装误差导轨磨损,三、机床传动误差对加工精度的影响,以齿轮机床传动链为例：,式中 n 传动链末端元件转角误差；kj 第j 个传动元件的误差传递系数，表明第j个传动元件对末端元件转角误差影响程度，其数值等于该元件至末端元件的传动比；n 传动链末端元件角速度；j 第j 个传动元件转角误差的初相角。, 提高传动精度措施, 采用降速传动链，使末端传动副采用大的的降速比。 减少传动链中的元件数目，缩短传动链。 提高传动元件，特别是末端传动元件的制造与装配精度。 采用误差校正机构或自动补偿系统。,定尺寸刀具（钻头、绞刀等）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
7、影响加工形状误差刀具磨损影响加工尺寸误差或形状误差,四、刀具误差对加工精度的影响,夹具误差影响加工位置精度。 与夹具有关的影响位置误差因素包括：,通常要求定位误差和夹具制造误差不大于工件相应公差的1/3。,1）定位误差；2）刀具导向（对刀）误差；3）夹紧误差；4）夹具制造误差；5）夹具安装误差；,五、夹具误差对加工精度的影响,测量误差。试切时与正式切削时切削厚度不同造成的误差。机床进给机构的位移误差。,定程机构误差。样件或样板误差。测量有限试件造成的误差。和试切法有关的误差。,试切法与调整法,六、调整误差,6.3 工艺系统受力变形对加工精度的影响,工艺系统：,刀具、机床、夹具、工件,工艺系统的
8、刚度讨论问题的基础,工艺系统的刚度不足产生误差讨论问题的核心,减小工艺系统变形的措施讨论问题的目的,一、基本概念,1.工艺系统受力变形现象,加工过程中工艺系统的受力：切削力、重力、惯性力、夹紧力、传动力。切削力最具代表性主要讨论,车细长轴：不采取工艺措施（只用两顶尖）出现腰鼓形,磨内孔：由于砂轮头受力弯曲，出现锥度。,2. 工艺系统刚度,弹性系统抵抗外力使其变形的能力称为刚度。,Fn误差敏感方向的切削力 y刀具和工件在Fn方向的相对变形位移Ks刚度,工艺系统的刚度是以切削力和在该力方向上（误差敏感方向）所引起的刀具和工件间相对变形位移的比值表示的，即：,3.工艺系统刚度的测量,4.系统刚度与系
9、统各部分刚度的关系,式中：,若：,则：,式中：,二、工艺系统受力变形对加工精度的影响,1.由于加工过程中外力作用点的位置变化而引起加工误差的情况,（1）可用悬臂梁模型讨论的情况,在车床上用夹盘装夹车削轴,假设：,车床刚度很大刀具变形很小变形主要反映在工件上,工件刚度对加工精度的影响,式中：,yxFn作用点位置处工件的受力变形Fn法向切削力x（0 x L）工件长度为L，刀尖某时刻距离夹盘夹爪端面距离E工件材料弹性模量I截面惯性距（ ）,在其他机床上加工的例子,在镗孔时，由于镗杆悬伸很长，其变形对加工精度影响严重。,刀具刚度对加工精度的影响,（2）可用简支梁模型讨论的情况,在刚性车床的两顶尖间车削
10、细长轴,假设：,车床刚度很大刀具变形很小变形主要反映在工件上,工件刚度对加工精度的影响,式中：,yxFn作用点位置处工件的受力变形Fn法向切削力L工件长度为xFn某时刻距离左顶尖距离（0 x L）E工件材料弹性模量I截面惯性距（ ）,在其他机床上加工的例子,（3）在车床两顶尖间装夹车削刚性轴的情况,假设：,刚性轴在加工中不产生变形由于Fn的作用 前顶尖（床头箱处） 后顶尖（尾架处） 刀架,产生变形,机床刚度对加工精度的影响,式中：,yxFn作用点位置处工件的受力变形Fn法向切削力L工件长度为xFn某时刻距离左顶尖距离（0 x L）,（4）在车床顶尖间加工轴的一般情况,一般情况下，在车床顶尖间装
11、夹加工光轴时，机床部件会受力发生变形，工件也会受力变形。,综合“在刚性车床的两顶尖间车削细长轴的情况”和“在车床两顶尖间装夹车削刚性轴的情况”，得到对刀尖位置的刀具工件相对位移yx。,式中：,yxFn作用点位置处工件的受力变形Fn法向切削力L工件长度为xFn某时刻距离左顶尖距离（0 x L）E工件材料弹性模量I截面惯性距（ ）,2.由于加工过程中切削力大小发生变化而引起加工误差的情况,（1）加工时因毛坯余量变化引起切削力变化产生加工误差的情况,毛坯余量不均，某位置有凸起（误差复映规律）,则：,设: 切深ap，法向切削力Fn，工艺系统刚度Ks,实际切深=ap -y,有：,式中,Fn与切削向力的比
12、值，一般取=0.4CF与工件材料及刀具几何角度有关的系数f工件每转进给量,刀具后退,毛坯凸起apFny,即：,反映了y与ap的比例关系误差复映系数,可见：Ks.，复映到工件上去的形状误差也小。,3.由于加工过程中外力作用方向发生变化而引起加工误差的情况,因惯性力变化引起加工误差,4.由于工件加紧变形而引起加工误差的情况,a） b）薄壁套夹紧变形,薄壁工件磨削,【例1】薄壁套夹紧变形 解决：加开口套,【例2】薄壁工件磨削 解决：加橡皮垫,5.由于内应力重新分布引起加工误差的情况,（1）毛坯制造中产生的残余应力（2）冷校直产生的残余应力,6. 夹具、刀具受力变形引起加工误差的情况,刀具刚度对加工精
13、度的影响,三、减少工艺系统受力变形的途径,1.提高工艺系统刚度 提高主要零部件的刚度 提高连接表面的接触刚度 设置辅助支承 采用合理的安装方法和加工方法,车轴：三爪卡盘+顶尖或跟刀架、中心架,刀具：钻套、镗套,（1）降低切削用量，减少切削力,2.减少作用于工艺系统的外力,（2）采用力平衡的方法，减少作用于工艺系统的外力,车细长轴：安装跟刀架,镗孔：用镗刀块,（3）将外力作用转移，使它不能影响加工精度,龙门铣横梁变形,【例】龙门铣横梁,龙门铣横梁变形转移,龙门铣横梁变形补偿,解决1：重量转移,解决2：变形补偿,6.4 工艺系统受力变形对加工精度的影响,1.工艺系统的热源,（1）内部热源 是由驱动机床的能量在使其完成切削运动和切削功能的过程中相当一部分转变为热能而形成的热源。 （2）外部热源 主要是以热辐射和热传导方式由外界环境传入工艺系统的热量。,一、基本概念,2.工艺系统热响应、热平衡及热变形,二、机床热变形对加工精度的影响,（1）车床热变形,1.机床热变形的特点,（2）立式铣床热变形,（3）立轴磨床热变形,2.各类机床热变形及对加工精度的影响,三、刀具和工件的热变形及其对加工精度的影响,四、工艺系统热变形的防止措施,1.减少机床的热源影响 2.均匀机床零部件的温升3.采取隔热措4.工艺措施的改进,采取隔热装置,热对称结构,
