机制工艺学第二讲ppt课件

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1、机械制造工艺学,主讲人 葛新锋,Ch2 机械加工精度及其控制,本章要点,概述,工艺系统几何误差,工艺系统受力变形,工艺系统热变形,加工误差的统计分析,提高加工精度途径,加工误差综合实例分析,第2章 机械加工精度及其控制 Analysis and Control of Machining Precision,2.1 概述 Introduction to Machining Precision,机械制造工艺学,2.1.1 机械加工精度,（通常形状误差限制在位置公差内，位置公差限制在尺寸公差内）,表面粗糙度 波度 纹理方向 伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）,加工质量包含的内容,2.1.1 机械加工精度,加

2、工精度：零件加工后实际几何参数与理想零件的几何参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）符合程度。加工误差：零件的实际几何参数与理想零件几何参数的偏差 两者关系 ：,两者从不同角度来评定加工零件的几何参数。加工精度的 高低是由加工误差的小大来表示的，保证和提高加工精度 问题，实际上是限制和降低加工误差问题。,获得尺寸精度的方法,先试切部分加工表面，测量后，适当调整刀具相对工件的位置，再试切，再测量，当被加工尺寸达到要求后，再切削整个待加工面。,1)试切法：,试切法效率低，精度主要取决于工人技术，用于单件小批生产,用具有一定尺寸精度的刀具（如绞刀、扩孔钻、钻头等）来保证被加工工件尺寸精度的方法（如钻孔

3、）。,2)定尺寸刀具法：,定尺寸刀具法生产率较高，操作简便，加工精度较稳定。,利用机床上的定程装置、对刀装置或预先调整好的刀架，使刀具相对机床或夹具满足位置精度要求，然后加工一批工件。该法需要采用夹具实现装夹。,3)调整法：,调整法生产效率高，加工精度较稳定，常用于中批以上的生产,调整法铣槽（第四章详细叙述）,工件达到要求的尺寸时，自动停止加工。又分自动测量和数字控制两种，前者机床上具有自动测量工件尺寸的装置，在达到要求时，停止进刀。后者是根据预先编制好的机床数控程序实现进刀的。,4)自动控制法：,自动控制法生产率高，加工精度稳定，目前机械加工的发展方向,数控机床自动控制原理框图,1)轨迹法：

4、,2)成形法：,利用刀具和工件作展成切削运动，刀刃在被加工面上的包络面形成的成形表面。这种加工方法所能达到的精度，主要取决于机床展成运动的传动链精度与刀具的制造精度。,3)展成法：,滚齿法加工齿轮，滚刀刀刃在被切齿轮上形成的包络线即为齿形，滚刀主运动 与被切齿轮转速必须符合设定要求，以保证加工精度。,工艺系统:,在机械加工时，机床、刀具，夹具和工件构成一个完整的系统，为工艺系统。,工艺系统误差与加工误差关系 (因果关系),工艺系统中的种种误差，在不同的具体条件下，以不同的程度复映到工件上，形成工件的加工误差。工艺系统的误差是”因”,是根源；加工误差是“果”，是表现。,2.1.1 机械加工精度,

5、工艺系统的误差称为原始误差。,原始误差构成,2.1.2 影响加工精度的原始误差及分类,2.1.3 误差敏感方向,图中：,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。,2.1.4 研究加工精度的方法,单因素分析法,统计分析法,2.1.5 全面质量管理,全面质量管理的概念,全面质量管理的基本观点,机械制造工艺学,第2章 机械加工精度及其控制 Analysis and Control of Machining Precision,加工原理误差是指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而

6、产生的误差。,2.2.1 加工原理误差,式中 R 球头刀半径；h 允许的残留高度。,又如用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮,采了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓，常常可以简化机床结构或刀具形状，或可提高生产率，有时还可得到较高加工精度。故在生产中广泛采用，其前提是原理误差不超过规定精度要求（通常原理误差不超过1015工件公差）。,用直线插补的原理加工曲线是存在原理误差的,采用近似的加工运动或近似的刀具轮廓,产生原因,为了得到规定的零件表面，在工件和刀具的运动之间建立的某种联系,加工原理,螺纹加工，主轴转速与车刀进 给速度的联系由传动机构保证,成形铣削，铣刀轨迹由靠模保证,如果采用理想的加工原理，完

7、全准确的运动联系，完美的刀刃或靠模形状，则不存在原理误差，但其成本过高，并非完全必要,原理误差合理性,2.2.2 调整误差,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,导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差包括：导轨在水平面内的直线度，导轨在垂直面内的直线度，前后导轨平行度（扭曲），导轨与主轴回转轴线的平行度（或垂直度）等,2.2.3 机床误差,导轨导向误差概念,当导轨水平面内出现误差 加工工件直径误差：,可见卧式车床导轨水平面内的误差对加工误差影响较大,2.2.3

8、机床误差,当导轨垂直面内出现误差 加工工件直径误差：,可见卧式车床导轨垂直面内的误差对加工误差影响较小,原始误差所引起的刀刃与工件间的相对位移，如果产生在加工表面的法线方向，则对加工误差有直接的影响；如果产生在加工表面的切线方向，就可以忽略不计。把加工表面的法向称之为误差的敏感方向。,误差的敏感方向,2.2.3 机床误差,导轨导向误差对加工精度的影响,导轨水平面内直线度误差：误差敏感方向，影响显著导轨垂直面内直线度误差：误差非敏感方向，影响小导轨扭曲：对加工精度的影响显著（图）,机床导轨的几何精度，不但决定于它的制造精度和使用的磨损情况，而且还和机床的安装情况有很大关系,2.2.3 机床误差,

9、2.2.3 机床误差,主轴回转误差是指主轴实际回转线对其理想回转轴线的漂移。 用平均回转轴线（主轴各瞬时回转轴线的平均位置）代替。为便于研究，可将主轴回转误差分解为径向圆跳动、端面圆跳动和倾角摆动三种基本型式。,主轴回转误差概念,2.2.3 机床误差,主轴回转误差对加工精度的影响,主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔）5微米,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，上式为一椭圆。,2.2.3 机床误差,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

10、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（图）。,思考：主轴回转中心在X方向上作简谐直线运动，其频率为主轴转速两倍，被车外圆形状如何？,结论：主轴径向跳动影响加工表面的圆度误差,主轴径向圆跳动对加工精度的影响（车外圆）,2.2.3 机床误差,主轴端面圆跳动对加工精度的影响(23微米）,对圆柱面加工没有影响；被加工端面不平，与圆柱面不垂直（如主轴回转一周，端面跳动一次，加工出的端面近似螺旋面）；加工螺纹时，产生螺距周期性误差。,2.2.3 机床误差,主轴倾角摆动对加工精度的影响,（1）几何轴线相对于平均轴线在空间成一定锥角的圆 锥运动,若沿与平均轴线垂直的各个截面来看，相当

11、于几何轴线绕平均轴心做偏心运动，只是各截面的偏心量不同。因此，无论车削还是镗削都能获得一个正圆锥。,（2）几何轴线在某一平面内作角度摆动,若频率和主轴回转频率一致，沿与平均回转轴线垂直的各个截面看，车削表面是一个圆，整体为一圆柱，镗孔时，在垂直于主轴平均轴线的各个截面内都形成椭圆，整体加工出椭圆柱。,2.2.3 机床误差,2.2.3 机床误差,2.2.3 机床误差,2.2.3 机床误差,影响主轴回转精度的主要因素,内外滚道圆度误差、滚动体形状及尺寸误差,滑动轴承（注意切削力的方向）,镗床 轴承孔不圆引起镗床主轴径向跳动,滚动轴承,车床 轴颈不圆引起车床主轴向跳动（注意其频率特性）,静压轴承 对

12、轴承孔或轴颈圆度误差起均化作用,2.2.3 机床误差 c,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,轴承间隙的影响,影响主轴回转精度的主要因素,主轴转速的影响,主轴系统的径向不等刚度和热变形,与轴承配合的零件误差的影响,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 非在线状态。,2.2.3 机床误差,提高主轴部件制造精度对滚动轴承进行预紧使主轴回转精度不反映到工件上,提高主轴回转精度的措施,磨床采用死顶尖支承,用镗模镗孔,2.2.3 机床误差,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

13、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。,2.2.3 机床误差,误差频谱图滚齿机 谐波分析法传动链精度的测量p46, 传动精度测量与信号处理,2.2.3 机床误差,误差处理齿轮转角误差的估算 螺距误差的估算, 传动误差的估算和对加工精度的影响,2.2.3 机床误差,缩短传动链长度提高末端元件的制造精度与安装精度采用降速传动（特别是最后一环，削弱了前面的误差）采用频谱分析方法，找出影响传动精度的误差环节采用校正装置，对传动误差进行补偿, 提高传动精度措施,2.2.3 机床

14、误差,2.2.4 夹具制造误差与磨损,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； ,定尺寸刀具（钻头、绞刀、键槽铣刀、浮动镗刀块、拉刀等）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,车刀后刀面磨损对加工尺寸影响,刀具磨损过程,2.2.5 刀具制造误差与磨损,机械制造工艺学,第2章 机械加工精度及其控制 Analysis and Control of Machin

15、ing Precision,2.3 工艺系统受力变形对 加工精度的影响 Static Stiffness of Technological System and its influence to machining Precision,工艺系统受力变形引起加工误差,2.3.1 基本概念,工艺系统受力变形,在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比,工艺系统刚度定义,式中 k工艺系统刚度；Fp吃刀抗力；y 工艺系统位移（切削合力作用下的位移）。,式中 k 工艺系统刚度；kjc 机床刚度；kjj 夹具刚度；kd 刀具刚度；kg 工件刚度。,工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部分受力变形之迭加。由此可导出工艺系统刚度与工艺系统各组成部分刚度之间的关系：,工艺系统刚度计算公式,工艺系统刚度计算说明,工件、刀具形状简单时，其刚度可用材料力学公式计算对机床部件、夹具等，其刚度多采用实验方法确定计算时可适当简化（忽略变形小的部分）,2.3.2 工艺系统刚度计算,机床变形引起的加工误差,2.3.3 工艺系统刚度对加工精度的影响,机床受力变形引起的加工误差,机床误差使工件加工后成鞍形（ 很好）,工件变形引起的加工误差,式中 yg 工件变形；E 工件材料弹性模量；I 工件截面惯性矩；Fp，L，x 含义同前。,由于工件变形，使工件加工后成鼓形 (工件刚性差),工件受力变形引起的加工误差,