《专题四加工精度和表面质量》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专题四加工精度和表面质量（85页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机械加工精度和加工误差概述,一、机械加工精度和加工误差1、 机械加工精度,加工精度是指：零件加工后的几何参数（尺寸、形状及各表面间相互位置等参数）的实际值与理论值相符合的程度。符合程度越高，加工精度就越高。反之，越低。,表面绝对平面、圆柱面 等； 位置绝对平行、垂直、同 轴等； 尺寸位于公差带中心。,2、 加工误差,加工误差是指零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，所以，加工误差的大小反映了加工精度的高低。,实际加工时不可能也没有必要把零件做得与理想零件完全一致，而总会有一定的偏差，即加工误差。只要这些误差在规定的范围内，即能满足机器使用性能的要求。,二、尺寸、形状和位置精度间的关
2、系,独立原则是处理形位公差和尺寸公差关系的基本原则，即尺寸精度和形位精度按照使用要求分别满足；在一般情况下，尺寸精度高，其形状和位置精度也高；通常，零件的形状误差约占相应尺寸公差的3050；位置误差约为尺寸公差的6585。,三、获得加工精度的方法,获得尺寸精度的方法,通过试切小段测量调刀再试切，达到规定尺寸的加工方法。,先调正好刀具，然后以不变的刀具位置加工一批零件的方法。,通过刀具的尺寸来保证加工表面的尺寸精度,通过自动测量和数字控制装置,三、获得加工精度的方法,获得形状精度的方法,通过刀尖的运动轨迹来获得形状精度。,利用成型刀具对工件加工莱获得形状精度。,利用工件和刀具作展成切削运动形成包
3、络线。,三、获得加工精度的方法,获得位置精度的方法,用划针或百分表直接在机床上找正位置,先按图样在毛坯上划好线，再以所划线为基准找正它在机床中的位置,工件在夹具中定位,四、原始误差,由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统的误差是工件产生加工误差的根源。我们把工艺系统的各种误差称之为原始误差。,工艺系统的几何误差 工艺系统受力变形引起的误差 工艺系统热变形引起的误差 工件的残余应力引起的误差 伺服进给系统位移误差等,按照工艺系统误差的性质可归纳为：,工艺系统静误差,工艺系统几何误差,工艺系统动误差,机床几何误差,刀具几何误差,夹具几何误差,原理误差,调整误差,测量误差,定位误差,工艺系统
4、力变形,工艺系统热变形,工艺系统内应力变形,主轴回转误差 导轨误差 传动链误差,一般刀具 定尺寸刀具 成形刀具 展成法刀具,试切法 调整法,机床热变形 工件热变形 刀具热变形,五、常值系统误差与随机误差,加工一批工件中，其加工误差的大小和方向都保持不变或基本不变的系统误差。,特点： 与加工（顺序）时间无关； 预先可以估计； 较易完全消除； 不会引起工件尺寸波动（常值系统误差对于同批工件的影响是一致的，不会引起各工件之间的差异）； 不影响尺寸分布曲线形状。,例如 ：铰刀的直径偏大0.02mm，加工后一批孔的尺寸也都偏大0.02mm。,2、随机误差,特点： 预先不能估计到； 较难完全消除，只能减小
5、到最小限度； 工件尺寸忽大忽小，造成一批工件的尺寸在一定的加工条件下随机误差的数值总在一定范围内波动。,随机误差加工一批零件时，由无规律变化的因素所引起的加工误差。,例如：热变形、受力变形、刀具磨损引起的加工误差。,常值系统误差与随机误差,说明：误差性质不同，解决的途径也不同。 对于常值系统误差，若能掌握其大小和方向。就可以通过调整消除；对于随机误差，只能缩小它们的变动范围，而不可能完全消除。,加工误差产生的原因,一、工艺系统的几何轨迹误差1、 原理性误差 例如滚齿用的齿轮滚刀，就有两种误差，一是为了制造方便，采用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形误差；二是由于滚刀切削刃数
6、有限，切削是不连续的，因而滚切出的齿轮齿形不是光滑的渐开线，而是折线（见下图）。,原理误差是指由于采用了近似的刀具轮廓、近似的成形运动轨迹或近似的传动比而产生的误差。,原理性误差,图： 原理性加工误差,2、机床的几何误差,机床几何误差,机床主轴回转误差,机床导轨误差,机床传动链误差,轴向窜动 径向跳动 角度摆动,水平面内直线度 垂直面内直线度 前后导轨的平行度,内联传动链始末两端传动元件间相对运动误差,2、机床的几何误差,机床本身各部件的制造误差 安装误差 使用过程的磨损,机床的几何误差包括：, 主轴的回转误差,主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线（一般用平均回转轴线来代替）产生的偏移量。,轴向
7、窜动纯径向跳动纯角度摆动,实际上主轴回转误差是上述三种形式误差的合成。由于主轴实际回转轴线在空间的位置是在不断变化的，由上述三种运动所产生的位移（即误差）是一个瞬时值。,机床主轴回转误差的概念,主轴的回转误差的基本形式,主轴的回转误差,主轴孔、主轴轴颈以及轴承等零部件的制造误差，使主轴的回转轴心线在空间的位置在每一瞬间都是变动的。主轴回转误差：是指主轴实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。主轴回转误差将直接影响被加工工件的形状精度和位置精度。,主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响,镗削加工：镗刀回转，工件不转 假设由于主轴的纯径向跳动而使轴线在y坐标方向作简谐运动，其频率与主轴转速相同
8、，简谐幅值为A； 则: Y = Acos （ t） 且主轴中心偏移最大（等于A）时，镗刀尖正好通过水平位置1处。当镗刀转过一个角时（位置1），刀尖轨迹的水平分量和垂直分量分别计算得：y=Acos+Rcos=(A+R)cosZ=Rsin将上两式平方相加得: / + / =1表明此时镗出的孔为椭圆形。,镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响,.,A,A,R,Om,1,1，,Acos,O,2,3,4,O,Rsin,(A+R）cos,主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响,车外圆时：工件回转，刀具移动,假设主轴轴线沿y轴作简谐运动（如下图所示），在工件的1处（主轴中心偏移最大之处）切出的半径比在工件的2
9、、4处切出的半径小一个幅值A；在工件的3处切出的半径比在工件的2、4处切出的半径大一个幅值A。,主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响,这样，上述四点工件的直径都相等，其它各点直径误差也很小，所以车削出的工件表面接近于一个真圆。,由此可见，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆度影响很小。,误差的敏感方向,误差的敏感方向：加工误差对加工精度影响最大的方向，为误差的敏感方向。例如：车削外圆柱面，加工误差敏感方向为外圆的直径方向,主轴轴线角度摆动,主轴纯角度摆动对加工精度的影响，取决于不同的加工内容：车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差（锥体）车端面：产生平面度误差镗孔时：由于主轴的纯角度摆动
10、使得主轴回转轴线与工作台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形，如下图所示。,主轴轴线角度摆动,主轴轴向窜动,加工端面时:会使加工的端面与内外圆轴线产生垂直度误差和平面度误差；当加工螺纹时：会产生螺距误差。,主轴轴承误差分析,主轴部件采用滑动轴承作为支承时：主轴轴径在滑动轴承的轴瓦孔内旋转（如下图所示）：,主轴轴承误差分析,对于车床主轴,车削外圆时：由于切削力的方向不变，主轴旋转时，主轴轴颈始终被压向轴瓦孔的某一侧如上图(a)所示，故主轴轴颈的圆度误差将直接传给被切削的工件。而轴瓦孔的圆度误差基本不影响主轴轴线的回转精度。,主轴轴承误差分析,.,主轴上的切削力的方向是随镗刀的旋转而改变,如上图(b)所
11、示，在切削力F的作用下，主轴总是以其轴颈某一固定部位与轴承内表面的不同部位接触，部分轴颈表面在轴瓦孔的孔壁上滑动，故轴瓦孔的形状误差将直接传给工件而轴颈的形状误差将不影响加工精度。,主轴轴承误差分析,.,提高主轴回转精度的措施,1）提高主轴制造精度高精度的滚动轴承、多油楔动压轴承和静压轴承、箱体支承孔、主轴轴颈2）滚动轴承预紧消除间隙，产生微量过盈3）误差转移法外圆磨床:采用固定顶尖支承工件, 机床导轨误差,导轨精度要求主要有以下三方面：, 在水平面内的直线度（以卧式车床为例）,机床导轨误差,.,误差1将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向）上，对加工精度影响最大。刀尖在水平面内的运动
12、轨迹造成工件轴向形状误差。, 在垂直面内的直线度,对工件的尺寸和形状误差影响比1小得多（如下图）：,在垂直面内的直线度,对卧式车床R 2/D ,若设2= 0.1mm,D=40mm，则R =0.00025mm，影响可忽略不计。 而对平面磨床、龙门刨床误差将直接反映在工件上。,.,将使工件与刀具的正确位置在误差敏感方向产生偏移量，使工件半径产生R=y的误差，对加工精度影响较大。,导轨在垂直面内的平行度,导轨磨损,导轨磨损,导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨、导轨表面淬火等措施。,3、刀具的制
13、造误差,例如：用螺纹车刀车削丝杠的梯形牙形时，当螺纹车刀实际刀宽小于规定齿槽槽宽时，工件将产生槽宽的加工误差齿宽大于齿槽宽。,4、机床传动链误差,间相对运动的误差,在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之间有严格的传动比要求。要满足这一要求，机床内联系传动链的误差必须控制在允许的范围内。,（1）机床传动链误差定义,指传动链始末两端执行元件间相对运动的误差。,（2）机床传动链误差描述,传动链末端元件产生的转角误差。它的大小对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨（展成法磨齿）齿轮等加工会影响分度精度，造成加工表面的形状误差，如螺距精度、齿距精度等。,机床传动链误差,例如，车螺纹时，要求主轴与传动丝杠的转速
14、比恒定（图示），即,减少传动链误差的措施,1）尽量缩短传动链。2）提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端零件的精度。3）尽可能采用降速运动，且传动比最小的一级传动件应在最后。4）消除传动链中齿轮副的间隙。5）采用误差校正机构,二、工艺系统受力变形产生的加工误差,1、工艺系统受力变形现象,工艺系统的变形现象,机械加工中，工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、惯性力和重力等的作用下，将产生相应变形, 使工件产生加工误差。,由此看来，为了保证和提高工件的加工精度，就必须深入研究并控制以至消除工艺系统及其有关组成部分的变形。,2、工艺系统的刚度,工艺系统整体抵抗其变形的能力。其大小为： 径向切削分力Fy与
15、工艺系统在该方向上的变形y的比值，即：=,1)工艺系统刚度的概念,工艺系统的刚度是由组成工艺系统各部件的刚度决定的。工艺系统的总变形量为：各环节的刚度：代入上式，可得：由此可知，工艺系统的刚度的倒数等于系统各环节刚度的倒数之和。工艺系统的刚度主要取决于薄弱环节的刚度。,2)系统刚度与环节刚度,工艺系统的刚度,.,（1）零件刚度若零件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，其变形对加工精度影响比较大，最大变形量按材料力学公式估算。长轴两顶尖装夹按简支梁计算；三爪卡盘装夹按悬臂梁计算。,工艺系统的刚度,（2）刀具刚度外圆刀具在加工表面法线方向上的刚度很大，变形可忽略；镗小孔刀杆刚度很差，变形对加工精
16、度影响很大，刀杆变形按材料力学公式估算。,（3）机床部件刚度机床结构形状复杂，刚度计算主要通过实验方法来测定。,3、支承刚度不足引起的加工误差,例如：用双顶尖支承短圆柱形工件，当左顶尖与主轴锥 孔之间由于不干净而造成支承刚度不足，右顶尖由于套筒 有间隙也会造成支承刚度不足，车削时，由于顶尖带动工 件让刀而产生加工误差。误差形状如下图所示：,图： 双曲线形状误差,4、毛坯加工余量不均产生的加工误差,图：毛坯形状误差的复映1毛坯孔表面 2工件表面,毛坯形状的复映误差,复映现象产生的加工误差，可通过增加走刀次数加以消除。,当毛坯孔的加工余量不均时，镗出孔的误差的形状与毛坯孔的误差形状相似，即：毛坯的误差将复映到加工过程中去，这种规律称为误差复映规律。,
