《机械制造工程学第2版 谭豫之 李伟第3章 机械加工精度》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造工程学第2版 谭豫之 李伟第3章 机械加工精度（114页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Mechanical Manufacturing Engineering,机 械 制 造 工 程 学,2019年5月18日,第一节 概述 第二节 工艺系统几何误差对加工精度的影响 第三节 工艺系统受力变形对加工精度的影响 第四节 工艺系统受热变形对加工精度的影响 第五节 内应力对加工精度的影响 第六节 加工误差的统计分析法 第七节 提高加工精度的途径,第3章 机械加工精度,第一节 概述,一、加工精度与加工误差的概念 1、加工精度,第一节 概述,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量。 实际生产中不可能把零件做得与理想零件完全一致，总会产生大小不同的偏差。零件在
2、某一规定的范围内变动，这个允许变动的范围，就是公差。,3、误差敏感方向,对加工精度影响最大的方向，称为误差的敏感方向。一般为已加工表面过切削点的法线方向。例如：车削外圆柱面时，加工误差敏感方向为过刀尖的外圆的直径方向,第一节 概述,4、经济加工精度,某种加工方法经济加工精度是指在正常生产条件下，即采用符合质量标准的设备，工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间等，所能保证的加工精度。由实验曲线可知，加工误差与加工成本S成反比关系。某种加工方法的加工经济精度不应理解为某一个确定值，而应理解为一个范围，如图3-1中的AB，在这个范围内都可以说是经济的。,经济加工精度,第一节 概述,二、获得加工
3、精度的方法,1、获得尺寸精度的方法 试切法 调整法 定尺寸刀具法 自动控制法,试切法车外圆,调整法铣平面,第一节 概述,二、获得加工精度的方法,2、获得形状精度的方法 运动轨迹法 成型法 仿形法 展成法,靠模车削,3、获得位置精度的方法 一次安装获得法 多次安装获得法,第一节 概述,三、原始误差的概念及种类,能直接引起加工误差的因素都称为原始误差。 零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统（简称工艺系统）中完成的。引起工艺系统各组成部分之间的正确几何关系发生改变的各种因素称为工艺系统误差。通常将工艺系统误差称为原始误差。,第一节 概述,根据原始误差性质、状态的不同，可以
4、将其分为： 与工艺系统初始状态有关的原始误差（几何误差），包括：加工原理误差、工件的装夹误差、调整误差、刀具误差以及机床主轴回转误差、机床导轨导向误差、机床传动误差等。 与加工过程有关的原始误差，包括：测量误差、刀具磨损、工艺系统受力变形、工艺系统受热变形以及工件残余应力引起的变形等。,第一节 概述,四、研究机械加工精度的方法,因素分析法 统计分析法,第二节 工艺系统几何误差,一、加工原理误差,加工原理误差(也称理论误差)：在加工中采用了近似的加工运动、近似的刀具轮廓和近似的加工方法而产生的原始误差。 近似刀具加工所造成的误差，如：使用阿基米德齿轮滚刀代替渐开线齿轮滚刀加工齿轮，存在齿形误差；
5、成形铣刀加工齿轮，齿形形状也是近似的。,第二节 工艺系统几何误差,一、加工原理误差,由于采用近似的加工运动方法所造成的误差 1）展成法切削齿轮：,第二节 工艺系统几何误差,一、加工原理误差,由于采用近似的加工运动方法所造成的误差 2）车削模数(m=2)螺纹：,第二节 工艺系统几何误差,一、加工原理误差,由于采用近似的加工运动方法所造成的误差 2）车削模数(m=2)螺纹：,模数螺纹：P=m=23.1415927=6.2831854,挂轮齿数：Z1=26、Z2=24、Z3=29、Z4=30,若蜗杆长度为100mm，则导程的累积误差为：,第二节 工艺系统几何误差,二、机床的误差,1.主轴回转误差,第
6、二节 工艺系统几何误差,回转精度的表现形式 a）轴向窜动：指回转轴线在轴向的位置变化。,1.主轴回转误差,主轴的轴向窜动对内、外圆加工没有影响，但所加工的端面却与内外圆不垂直。 当加工螺纹时，会产生单个螺距内的周期误差。,第二节 工艺系统几何误差,回转精度的表现形式 b）径向跳动：指回转轴线绕平均轴线作平行的公转运动。,1.主轴回转误差,车削时，主轴的纯径向跳动对工件的圆度影响很小。,第二节 工艺系统几何误差,回转精度的表现形式 c）角度摆动 ：指回转轴线绕平均轴线作不平行的公转运动。,1.主轴回转误差,车削时仍然能够得到一个圆的工件，但工件成锥形。 镗孔时，镗出的孔将成椭圆形。,第二节 工艺
7、系统几何误差,影响主轴回转精度的因素 a）前后支承轴承的影响; b）前后支承轴颈的圆度误差的影响。,1.主轴回转误差,第二节 工艺系统几何误差,主轴的回转精度对加工的影响,1.主轴回转误差,【例】镗孔时镗杆回转，镗杆中心作某一方向的简谐振动。h=A*COS,第二节 工艺系统几何误差,主轴的回转精度对加工的影响,1.主轴回转误差,【例】镗孔时镗杆回转，镗杆中心作某一方向的简谐振动。h=A*COS,第二节 工艺系统几何误差,提高主轴的回转精度的措施 a）提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合的零件有关表面的加工精度; b）提高主轴的轴承精度； c）对滚动轴承进行预紧，以消除间隙 d）减少机床主
8、轴回转误差对加工精度的影响,1.主轴回转误差,第二节 工艺系统几何误差,对机床导轨的精度要求 a）导轨在水平面内的直线度; b）导轨在垂直面内的直线度； c）前后导轨的平行度,2.导轨误差,第二节 工艺系统几何误差,机床导轨误差对工件精度的影响 a）水平面内直线度误差的影响 由于刀尖相对于工件回转轴线在加工表面径向方向的变化属敏感方向，故其对零件的形状精度影响很大。,2.导轨误差,第二节 工艺系统几何误差,机床导轨误差对工件精度的影响 b）垂直面内直线度误差的影响 垂直面内直线度误差对车床的影响较小，可以忽略不计。但对于龙门刨床、龙门铣床及导轨磨床来说，导轨在垂直面内的直线度误差将直接反映到工
9、件上。,第二节 工艺系统几何误差,机床导轨误差对工件精度的影响 c）导轨之间垂直方向的平行度误差的影响,一般： 车床： 磨床：,对零件精度的影响不容忽视,第二节 工艺系统几何误差,3.传动链误差 以车螺纹为例，说明传动链精度对工件加工精度的影响：,第二节 工艺系统几何误差,3.传动链误差,第二节 工艺系统几何误差,3.传动链误差,第二节 工艺系统几何误差,3.传动链误差,第二节 工艺系统几何误差,3.传动链误差,由此可见： 传动链短，则传动精度高； 传动链中最后一个传动件的精度要高； 传动比i小，则传动精度高；传动链中采用降速比的传动是保证传动精度的重要原则。,第二节 工艺系统几何误差,三、刀
10、具的制造误差及磨损,1.定尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨损对加工精度的影响,采用定尺寸刀具 (如钻头、铰刀、键槽铣刀、镗刀块及圆拉刀等) 加工时，刀具的尺寸精度直接影响工件的尺寸精度。 采用成形刀具 (如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等) 加工时，刀具的形状精度将直接影响工件的形状精度。 展成刀具(如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀等)的刀刃形状必须是加工表面的共扼曲线。因此，刀刃的形状误差会影响加工表面的形状精度。,第二节 工艺系统几何误差,三、刀具的制造误差及磨损,2.一般刀具的尺寸磨损对加工精度的影响,一般刀具，如车刀、立铣刀等，主要靠调整刀具位置来保证加工尺寸，刀具制造精度不会影响加工尺
11、寸精度。但刀具的尺寸磨损将对工件的加工精度产生影响。,第二节 工艺系统几何误差,2.一般刀具的尺寸磨损对加工精度的影响,一般刀具，如车刀、立铣刀等，主要靠调整刀具位置来保证加工尺寸，刀具制造精度不会影响加工尺寸精度。但刀具的尺寸磨损将对工件的加工精度产生影响。,第二节 工艺系统几何误差,3.减少刀具尺寸磨损对加工精度影响的措施,进行刀具补偿； 选用合理的刀具材料； 选用最佳的切削用量。,第二节 工艺系统几何误差,四、调整误差,在利用静调整法或动调整法来获得所需的加工尺寸时，都会有调整误差，因此会影响到加工精度。,第二节 工艺系统几何误差,五、夹具误差,夹具误差包括： 夹具制造误差； 夹具安装误
12、差； 夹具的磨损； 定位误差； 夹紧误差。,对IT5IT7级精度工件来说，夹具精度取工件精度的1/31/5。,第三节 工艺系统受力变形,一、工艺系统刚度,1.刚度和柔度,第三节 工艺系统受力变形,刚度：用来表征物体受力后抵抗受力变形的能力。物体在受力方向上产生单位弹性变形所需要的力称为刚度。,1.刚度和柔度,第三节 工艺系统受力变形,物体在受力方向上某一时刻的力变化与在该方向上产生的变形变化量的比值被称为瞬时刚度。,柔度是物体受单位力时在受力方向的变形，它是刚度的倒数。,1.刚度和柔度,第三节 工艺系统受力变形,2.工艺系统的刚度,一、工艺系统刚度,第三节 工艺系统受力变形,2.工艺系统的刚度
13、,一、工艺系统刚度,在工艺系统中，往往一个方向的力同时会产生几个方向的变形。因此工艺系统的变形具有复合性。,第三节 工艺系统受力变形,2.工艺系统的刚度,一、工艺系统刚度,第三节 工艺系统受力变形,3.工艺系统刚度的测定,一、工艺系统刚度,机床部件刚度的测定,第三节 工艺系统受力变形,3.工艺系统刚度的测定,一、工艺系统刚度,影响机床部件刚度的因素 连接表面的接触变形 薄弱零件本身的变形,第三节 工艺系统受力变形,3.工艺系统刚度的测定,一、工艺系统刚度,接触表面之间的摩擦 连接表面间的间隙影响 连接件夹紧力的影响,第三节 工艺系统受力变形,3.工艺系统刚度的测定,一、工艺系统刚度,工艺系统刚
14、度的计算,工艺系统是由机床、刀具、夹具、工件等组成，系统的受力变形应等于各环节在误差敏感方向的变形之和。即：,依据刚度的定义：,第三节 工艺系统受力变形,1.切削力对加工精度的影响,二、工艺系统受力变形对加工精度的影响,切削力作用位置变化引起的加工误差,考虑床头、尾座的变形：,第三节 工艺系统受力变形,二、工艺系统受力变形对加工精度的影响,考虑刀架的变形：,第三节 工艺系统受力变形,二、工艺系统受力变形对加工精度的影响,考虑工件的变形：,第三节 工艺系统受力变形,第三节 工艺系统受力变形,1.切削力对加工精度的影响,二、工艺系统受力变形对加工精度的影响,切削力大小变化引起的加工误差误差复映原理
15、,车削时XFc=1，在一次走刀中f不变，故：,车削前圆度误差：,车削后圆度误差：,第三节 工艺系统受力变形,1.切削力对加工精度的影响,二、工艺系统受力变形对加工精度的影响,切削力大小变化引起的加工误差误差复映原理,0越大，1越大，这种由于工艺系统受力变形的变化而使毛坯形状误差复映到加工后工件表面的现象称为“误差复映”。,第三节 工艺系统受力变形,令：,则：,第一次走刀：,第二次走刀：,第n次走刀：,可见：n，则：；KST ，则： A(f、Kr=90)，则：,误差复映系数,第三节 工艺系统受力变形,2.传动力对加工精度的影响,二、工艺系统受力变形对加工精度的影响,如图：,传动力F在Y方向的分力
16、为：,第三节 工艺系统受力变形,如图：,传动力F在Y方向的分力为：,由传动力引起的工件夹持端在Y方向的位移为：,第三节 工艺系统受力变形,在x处工件和刀具的相对位移：,在x处工件的实际半径：,令：,则：,r是x和的函数， x引起圆柱度误差，的变化造成圆度误差。,第三节 工艺系统受力变形,加工精密零件时改用双爪拨盘或柔性连接装置带动工件旋转,根据以上分析计算，可知加工出的零件形状如下：,第三节 工艺系统受力变形,不平衡质量为M，工件转速为n。,在Y方向上由F引起的变形：,3.惯性力对加工精度的影响,第三节 工艺系统受力变形,4.夹紧力对加工精度的影响,第三节 工艺系统受力变形,5.重力对加工精度的影响,第三节 工艺系统受力变形,三、减少工艺系统受力变形的措施,提高机床构件自身刚度；,对于机床的床身、立柱、横梁、夹具的夹具体这些对工艺系统刚度有较大影响的构件，选用合理的结构，如采用封闭截面，可以大大提高其刚度；合理布置筋板。,第三节 工艺系统受力变形,三、减少工艺系统受力变形的措施,提高机床构件自身刚度； 提高零部件间的接触刚度；,一
