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1、第二章 机械加工精度及其控制,2.1 概述 2.2 工艺系统几何精度对加工精度的影响 2.3 工艺系统受力变形对对加工精度的影响 2.4 工艺系统热变形对对加工精度的影响 2.5 加工误差的统计分析 2.6 保证和提高加工精度的方法 2.7 加工精度的综合分析实例,加工质量,机械加工精度,表面质量,尺寸精度,形状精度,位置精度,表面几何形貌,表面层的物理、力学（和化学）性能,2.1 概述,表面粗糙度,表面波度,纹理方向,伤痕,误差 （按照性质）,系统误差,常值系统误差,变值系统误差,随机误差,2.1 .1 机械加工精度,机械加工精度:零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和表面相互位置)与理想几
2、何参数的符合程度。,加工误差:实际值与理想值之差。,变值性系统误差：在顺序加工一批工件时，按一定规律变化的加工误差，称为变值性系统误差；例如，当刀具处于正常磨损阶段车外圆时，由于车刀尺寸磨损所引起的误差。,常值性系统误差：在顺序加工一批工件时,加工误差的大小和方向皆不变，此误差称为常值性系统误差；例如原理误差，定尺寸刀具的制造误差等。,常值性系统误差与加工顺序无关,变值性系统误差与加工顺序有关。对于常值性系统误差，若能掌握其大小和方向，可以通过调整消除；对于变值性系统误差，若能掌握其大小和方向随时间变化的规律，也可通过采取自动补偿措施加以消除。,随机性误差：在顺序加工一批工件时，加工误差的大小
3、和方向都是随机变化的，这些误差称为随机性误差。例如，由于加工余量不均匀、材料硬度不均匀等原因引起的加工误差，工件的装夹误差、测量误差和由于内应力重新分布引起的变形误差等均属随机性误差。可以通过分析随机性误差的统计规律，对工艺过程进行控制。,原始误差：工艺系统中凡是能引起加工误差的因素都称为原始误差。,2.1.2 影响机械加工精度的的原始误差及其分类,加工原理误差,调整误差,工件装夹误差,机床误差,刀具制造误差,夹具误差,加工前的误差 （工艺系统的初始状态误差）,工艺系统静（几何）误差,加工中的误差 （工艺系统的动误差）,加工后的误差,测量误差,内应力引起的变形,工艺系统受力变形,工艺系统热变形
4、,刀具磨损,原始误差,内应力引起的变形,测量误差,误差敏感方向：原始误差对加工精度影响最大的那个方向。,2.1.3 误差的敏感方向,2.1.4 研究加工精度的方法,1.单因素分析法：研究某一确定因素对加工精度的影响,不考虑其他因素的同时作用。通过分析计算,或测试实验,得出该因素与加工误差之间的关系。,2 .统计分析法：必须通过对现场实际加工的一批零件进行检查测量，运用数理统计的方法加以处理和分析，从中发现误差规律，指导我们找出加工精度的途径。,实践生产中，常常将以上两种方法结合起来应用。,原理误差:加工中采用了近似加工方法，近似成形运动，近似刀具刀刃轮廓所产生的加工误差。,2.2 工艺系统几何
5、误差对加工精度的影响,2.2.1 加工原理误差,三坐标铣床上铣削复杂形面零件,“行切法”,刀具相对于工件的运动是近似的,滚刀滚切齿轮,阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线蜗杆,切削刃齿廓近似造形误差,滚刀刀齿有限,刀具相对于工件的运动是近似的,采用近似成形运动或切削刃轮廓，可简化机床运动结构或刀具形状，或可提高生产率，有时甚至可得到高的加工精度。因此只要其误差不超过规定的精度要求（一般原理误差应小于10%15%工件的公差值），在生产中仍能得到广泛的应用。,允许原理误差存在的原因：,2.2.2 调整误差,（1）试切法调整,将工件与刀具的相对位置初步调整，并试切一次，测量切削后的工件尺寸，然后根据
6、所测尺寸与图纸尺寸之间的差值在调整工件与刀具的相对位置，进行第二次试切，这样反复几次，直到符合图纸要求为止。,引起调整误差的因素：（1）测量误差；（2）机床进给机构的位移误差，如“爬行”；（3）试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响。,（2）调整法,加工前调整刀具和工件在机床上的相对位置，并在一批工件的加工过程中保持这个位置不变，以保证被加工尺寸的方法。,引起调整误差的因素：除对试切法 的加工精度的影响因素以外，还包括：（1）定程机构误差；（2）样件和样板误差；（3）测试有限件造成的误差。,2.2.3 机床误差,引起机床误差的原因是机床的制造误差、安装误差和磨损。其中对工件加工精度影响较大的误
7、差有：,导轨导向误差主轴回转误差传动链的传动误差,导轨在水平面内的直线度,导轨在垂直面内的直线度,导轨与导轨的平行度,2.2.3.1 机床导轨导向误差,d. 导轨对主轴回转轴线的平行度或垂直度,导轨导向精度：机床运动副的运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度,这两者之间的偏差值则称为导向误差。,直线导轨导向精度：,1 导轨导向精度及其对加工精度的影响,（1） 导轨在水平面内的直线度,（2）导轨在垂直平面内的直线度,导轨在垂直面内的直线度的特殊情况为斜坡状， 加工的工件轴向形状为鞍形。,（3）导轨间的平行度误差（扭曲）,一般车床: H/B=2/3,外圆磨床: H/B1,不可 忽视,刨床的误差
8、敏感方向为垂直方向,加工表面的直线度和平面度误差,镗床的误差敏感方向随主轴回转而变化,镗床镗出椭圆孔,镗刀杆进给,产生孔与其基准的相互位置误差，不产生孔的形状误差。,工件进给,导轨不直或扭曲：孔的轴线不直。,导轨与主轴回转轴线不平行：椭圆孔。,欲减少导轨导向精度：设计制造：结构、材料、润滑、防护装置安装：校正水平、地基使用：调整间隙、润滑维护,机床安装误差,机床导轨磨损,机床导轨的导向精度,加工过程中的力热,2 导轨导向精度的理论分析方法,2.2.3.2 机床主轴的回转误差,主轴回转误差：是指主轴每一瞬间的实际回转轴线相对于其理想回转轴线的位置的变动量(漂移)。,主轴回转误差主要影响零件加工表
9、面的几何形状精度、位置精度和表面粗糙度,1 主轴的回转精度的基本概念,（3）纯角度摆动:主轴回转轴线相对平均（理想）回转轴线成一倾斜角度的运动。,（1）轴向跳动(端面圆跳动）: 是主轴回转轴线沿平均（理想）回转轴线方向的变动量。,（2）径向圆跳动: 主轴回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变动量。,2 主轴的回转误差对加工精度的影响,主轴轴向圆跳动对端平面加工精度的影响,向前窜-右螺旋面 向后窜-左螺旋面,主轴轴向圆跳动对加工螺纹螺距精度的影响,机床主轴轴向圆跳动幅值通常都有严格的要求，精密车床主轴轴向圆跳动规定为23m。,主轴径向圆跳动对加工精度的影响,车削时主轴的纯径向跳动对工件的圆度影响很
10、小,镗削时镗出的孔成椭圆形,主轴角度摆动动对加工精度的影响,轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴度误差，各段轴 颈、轴孔的同轴度误差主轴系统的刚度和热变形等。但它们对主轴回转精度的影响大小随加工方式而不同,3 影响主轴的回转精度的因素,主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴颈 圆度误差影响较大，轴承内径圆度误差没影响,镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变化轴承孔误差影响大,（1）轴承误差的影响,滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂,除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主轴轴颈、支承座孔等精度,（2）轴承间隙的影响,轴承间隙大,（3）与轴配合的零件误差的影响,轴颈，箱体支承孔，轴
11、肩，过渡套，轴承盖，螺母等,（4）主轴转速的影响,主轴质量不平衡,振动,主轴漂移量大,（5）主轴系统的径向不等刚度和热变形,主轴系统的径向刚度不等、径向热变形不等,变形不一致,主轴轴线漂移,4 提高主轴的回转精度的措施,（1）提高主轴部件的制造精度,（2）对滚动轴承预紧,（3）使主轴回转误差不反映到工件上,滚齿机传动系统,传动链误差：是指内联传动链始末两端传动元件相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。机床传动链误差是影响表面加工精度的主要原因之一。,2.2.3.3 机床传动链的传动误差,1 定义,或,设,2 传动链精度的测量与信号处理,传动链误差的谐拨分析法的,测试系统原理图,
12、频谱分析仪工作原理图,3 传动链误差的估算和对加工精度的影响,（1）齿轮转角误差的估算,或,（2）螺距误差的估算,4 提高传动链传动误差的措施,（1）减少传动件数,（2）减少传动比i，特别是末端传动幅的传动比,（3）提高传动件的加工和装配精度,（4）采用校正装置,机械式静态传动误差校正装置,若要同时对静、动态传动误差进行校正，应采用计算机自动控制装置,夹具误差：主要是指夹具的定位元件、导向元件及夹具体的制造与装配误差，它将直接影响工件加工表面的位置精度和尺寸精度，对被加工工件表面的位置精度影响最大。,一般夹具可取工件上相应尺寸公差的1/21/10。夹具磨损是一个缓慢的过程；它对加工精度的影响不
13、很明显。,2.2.3.4 夹具制造误差与磨损,2.2.3.5 刀具的制造误差与磨损,1、采用定尺寸刀具,用具有一定尺寸精度的刀具（如铰刀、扩孔钻、钻头等）来保证工件被加工部位（如孔）的精度。,利用成形刀具切削刃的几何形状切削出工件的形状。所能达到的精度，主要取决于切削刃的形状精度。,2、采用成形刀具,利用刀具和工件作展成切削运动时，刀刃在被加工表面上的包络面形成成形表面。精度，主要取决干机床展成运动的传动链精度与刀具的制造精度等因素。,3、一般刀具（轨迹法 ）,利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。所能达到的形状精度，主要取决于这种成形运动的精度。,4、展成刀具,2.3 工艺系统受
14、力变形对加工精度的影响,2.3.1 基本概念,当车削工件外圆柱表面时,背向力与工艺系统在该方向上的变形y的比值，称为工艺系统刚度 （N）工艺系统在某一位置受力作用产生的变形量 应为工艺系统各组成环节在此位置受该力作用产生的变形量的代数和，即,2.3.2 工艺系统刚度的计算,根据刚度定义知： ， ， ，将它们代入上式得工艺系统刚度的倒数等于系统各组成环节刚度的倒数之和。若已知各组成环节的刚度，即可求得工艺系统刚度。工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度。,1、机床变形（刀具工件刚度很大）总变形 y系= y刀架+ yx,2.3.3 工艺系统刚度对加工精度的影响,2.3.3.1 切削力作用点位置变化引
15、起的工件形状误差,y主=FA/k主=Fy(l-x) /(l k主)，y尾=FB /k尾=Fyx /(l k尾)y机床= y刀架+ yx=Fy当x = 0时， 当 x = l 时，当 x = k尾l /(k主+ k尾)时，y机床min= Fy,2、工件变形（刀具机床刚度很大）,由材料力学简支梁计算公式：,x=0,x=L,3、工艺系统总变形,测得机床主轴箱、尾座、刀架三个部件的刚度，以及确定了工件的材料和尺寸，及可根据x估算出工艺系统的刚度。当已知刀具的切削角度、切削用量和切削条件时，即可求得Fy,利用上面的公式即可估算x处工件半径的变化。,“复映误差”:由于误差复映现象而使工件产生的加工误差。,“误差复映”:由于工艺系统受力变形的变化而使待加工表面上有什么样的误差，加工表面上必然也有同样性质的误差，这就是切削加工中的误差复映。,2.3.3.2 由于切削力大小变化引起的误差,毛 = ap1 ap2 工 = y1 y2 误差复映系数=工 /毛Fy=Cy f yapx(HB)n=C apx C apFy1= C (ap1 y1 ) C ap1 Fy2= C (ap2 y2 ) C ap2,工 = y1 y2=(Fy1- Fy2)/k系 = (C ap1 C ap2) /k系 =工 /毛= C(ap1 ap2) /(k系(ap1 ap2)= C /k系,
