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1、第三章 机械加工精度,第一节 概述 第二节 影响加工精度的因素及其控制,第一节 概述,加工精度是加工质量的重要组成部分，它直接影响机器的工作性能和使用寿命 。,一、机械加工精度,加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。 加工精度和加工误差是从不同的角度来评定零件的几何参数的，在实际生产中，都是用控制加工误差来保证加工精度，加工误差小，加工精度越高，反之亦然。 零件的加工精度包含尺寸精度、形状精度和位置精度。,二、获得加工工精度的方法,1. 获得尺寸精度的方法 （1）试切法：试切法就是通过试切测量调整再试切，如此多次反复来获得尺寸精度的方法。该法耗工时，
2、生产效率低，同时要求操作者有很高的技术水平。因此，该法一般用于单件、小批生产中。 （2）调整法：预先按工件规定的尺寸，调整好机床、刀具、夹具与工件的相对位置，并在一批零件的加工过程中始终保持这个加工位置，来保证加工尺寸的方法。此法的加工精度主要决定于调整精度。此法获得的尺寸精度稳定，生产率高，故广泛应用于成批和大量生产中。,3）定尺寸刀具法：是直接利用刀具的相应尺寸来保证加工尺寸的方法。如用钻头钻孔，铰刀铰孔，用拉刀、铣刀加工键槽等。加工尺寸精度的高低主要与刀具的制造精度，安装精度和磨损及机床运动精度等因素有关。这种加工方法加工精度稳定，生产率也高。 4）自动获得尺寸法：是利用测量装置、调整装
3、置和控制系统等组成的自动化加工系统，在加工过程中能自动测量、补偿调整，当工件达到尺寸要求时，能自动退回停止加工的方法。,2. 获得零件形状精度的加工方法 （1）轨迹法：主要是依靠刀尖与工件的相对运动轨迹来形成被加工表面的形状。如用工件回转，车刀平行于回转轴线的直线运动来车削外圆。此法的形状精度主要决定于成形运动的精度。 （2）成形法：是利用成形刀具刀刃的几何形状来切削出工件形状的方法。成形法所能达到的精度主要决定于刀具刀刃的形状精度与刀具的安装精度。 （3）展成法：是利用成形刀具与工件的展成切削运动，由刀刃在被加工表面上的包络面来形成的成形表面。如用滚刀来加工齿轮等。展成法所达到的精度高低，主
4、要取决于机床作展成运动的传动链精度与刀具的制造精度。,3. 获得零件相互位置精度的方法 （1）一次安装获得法：零件在一次安装中，加工零件有相互位置精度要求的各个表面，从而保证其相互位置精度。 （2）多次安装获得法：是指零件的有关表面的相互位置精度是由加工表面与定位基面的位置精度来保证的。 影响获得相互位置精度的因素，主要有机床精度、夹具精度、工件的安装精度以及量具的测量精度。,三、影响加工精度的原始误差 机械加工时，机床、刀具、夹具和工件等组成了一个工艺系统，工艺系统的各个部分在加工过程中，应该保持严格的相对位置关系。由于受到许多因素的影响，系统的各个环节难免会产生一定的偏移，使工件和刀具间相
5、对位置的准确性受到影响，从而引起加工误差。原始误差即导致工艺系统各环节产生偏移的这些因素的总称。原始误差中，有的取决于工艺系统的初始状态，有的与切削过程有关。 当原始误差的方向发生在加工表面法线方向时，引起的加工误差最大；当原始误差的方向发生在加工表面的切线方向时，引起的加工误差最小，一般可以忽略不计。为了便于分析原始误差对加工精度的影响程度，我们把对加工精度影响最大的那个方向（即通过切削刃的加工表面的法向）称为误差的敏感方向。而把对加工精度影响最小的那个方向（即通过切削刃的加工表面的切向）则称为误差的不敏感方向。,1. 与工艺系统初始状态有关的主要原始误差 （1）原理误差：加工原理上存在的误
6、差。 （2）工艺系统几何误差：主要包括机床、刀具、夹具的制造误差和磨损，系统调整误差，工件定位误差和夹具、刀具安装误差等。实际上，切削加工中的原理误差也属于几何误差，只是因为其原因特别，所以予以区分。 2. 与切削过程有关的主要原始误差 （1）工艺系统力效应产生的变形：包括系统受力变形，工件内应力变形等。 （2）工艺系统热效应产生的变形：在系统工作中出现的热源的影响下引起的变形。此外，环境的温度条件测量方法和工人的技术水平等，也对加工精度有影响。,图3-1 原始误差与加工误差的关系,第二节 影响加工精度的因素及其控制,原始误差,加工原理误差 工件装夹误差 工艺系统静误差 调整误差 工艺系统动误
7、差 度量误差,机床误差 夹具误差 刀具制造误差,工艺系统受力变形 工艺系统受热变形 刀具磨损 工件内应力引起的变形,一、加工原理误差 原理误差即是在加工中由于采用近似的加工运动、近似的刀具轮廓和近似的加工方法而产生的原始误差。 完全符合理论要求的加工方法，有时很难实现，甚至是不可能的。这种情况下，只要能满足零件的精度要求，就可以采用近似的方法进行加工。这样能够使加工难度大为降低有利于提高生产效率降低成本。,二、工艺系统的几何误差 由于工艺系统中各组成环节的实际几何参数和位置，相对于理想几何参数和位置发生偏离而引起的误差，统称为工艺系统几何误差。工艺系统的几何误差主要是指机床、刀具和夹具本身在制
8、造时所产生的误差，以及在使用中产生的磨损和调整误差。这类原始误差在加工过程开始之前已客观存在，并在加工过程中反映到工件上。 1. 机床的几何误差 机床的几何误差包括：主轴的回转误差、导轨导向误差和传动链的传动误差。 （1）主轴的回转误差 主轴的回转误差是指主轴实际回转中心相对于刀具或工件的位置精度。,1）主轴回转误差形式可分为：轴向窜动、径向跳动和角度摆动三种，如图3-2所示。 轴向窜动。轴向窜动是指瞬时主轴回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动，如图3-2（a）所示，它主要影响工件的端面形状和轴向尺寸精度。 径向跳动。径向跳动是指瞬时主轴回转轴线平行于平均回转轴线的径向运动。如图3-2（b）所
9、示。它主要影响加工工件的圆度和圆柱度。,角度摆动。角度摆动是指瞬时主轴回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角度作公转，如图3-2（c）所示。它对工件的形状精度影响很大，如车外圆时，会产生锥度。 实际上，主轴回转误差的三种基本形式是同时存在的（如图3-2（d）所示）。影响主轴回转误差的主要因素有：主轴误差，包括主轴支承轴径的圆度误差、同轴度误差（使主轴轴心线发生偏斜）和主轴轴径轴向承载面与轴线的垂直度误差（影响主轴轴向窜动量），轴承误差。,图3-2 主轴回转误差的基本形式,2）主轴回转误差对加工精度的影响。 主轴回转误差对加工精度的影响，要从切削表面的每个截面内，主轴瞬时回转中心与刀尖的位置变化分析，
10、这种位置变化将造成工件的加工误差。例如在车削圆柱表面时，回转误差沿刀具与工件接触点的法线方向分量y对精度影响最大。 主轴的纯轴向窜动对工件的内、外圆加工没有影响，但所加工的端面却与内、外圆有垂直度误差。主轴每旋转一周，就要沿轴向窜动一次，向前窜的半周中形成右螺旋面，向后窜的半周中形成左螺旋面，最后切出端面如凸轮一样的形状 。,图3-3 回转误差对加工精度的影响,图3-4 主轴轴向窜动对端面加工的影响,3）提高主轴回转精度的措施主要有 采用高精度的主轴部件。获得高精度的主轴部件的关键是提高轴承精度。因此，主轴轴承，特别是前轴承，多选用D、C级轴承；当采用滑动轴承时，则采用静压滑动轴承，以提高轴系
11、刚度，减少径向圆跳动。其次是提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合零件的有关表面的加工精度，对滚动轴承进行预紧。 使主轴回转的误差不反映到工件上。如采用死顶尖磨削外圆，只要保证定位中心孔的形状、位置精度，即可加工出高精度的外圆柱面。主轴仅仅提供旋转运动和转矩，而与主轴的回转精度无关。,（2）机床导轨误差 机床导轨是机床中确定各主要部件相对位置的基准，也是运动的基准，其制造和装配精度是影响直线运动精度的主要因素，导致误差对零件的加工精度产生直接的影响。 1）机床导轨在水平面内直线度误差的影响。如图3-5所示，磨床导轨在X方向存在误差（如图（a）所示），引起工件在半径方向上的误差R（如图（b）
12、所示），当磨削长外圆柱表面时，将造成工件的圆柱度误差。,图3-5 磨床导轨在水平面内的直线度误差,2）导轨在垂直面内直线度误差的影响。如图3-6所示，磨床导轨在y方向存在误差（如图（a）所示），磨削外圆时，工件沿砂轮切线方向产生位移，此时，工件半径方向上产生误差，对零件的形状精度影响甚小（误差的非敏感方向）。但导轨在垂直方向上的误差对平面磨床、龙门刨床、铣床等将引起法向位移，其误差直接反映到工件的加工表面（误差敏感方向），造成水平面上的形状误差。 3）机床导轨面间平行度误差的影响。如图3-7所示，车床两导轨的平行度误差（扭曲），使工作台移动时产生横向倾斜，刀具产生位移，因而引起工件形状误差。
13、4）机床导轨对主轴轴心线平行度误差的影响。当在车床类或磨床类机床上加工工件时，如果导轨与主轴轴心线不平行，会使工件的外圆柱表面产生锥度；在垂直面内不平行时，会使工件成马鞍形，即内外圆柱面的母线为双曲线。,图3-6 磨床导轨在垂直面内的直线误差,图3-7 车床导轨面间的平行度误差,2. 机床传动链误差 在对传动比有严格要求的内联系传动链中，传动链的误差都是加工误差的敏感方向。传动链误差主要是由于传动链中各传动元件如齿轮、蜗轮、蜗杆、丝杠、螺母等的制造误差、装配误差和磨损等所致，一般可用传动链未端元件的转角误差来衡量。由于传动链常由数个传动副组成，传动链误差是各传动副传动误差累积的结果。而各传动元
14、件在传动链中的位置不同，其影响程度也不一样。,三、工艺系统的受力变形引起的加工误差 由机床、夹具、刀具、工件组成的工艺系统，在切削力和传动力、惯性力等外力的作用下，会产生弹性变形及塑性变形，这种变形将破坏工艺系统间已调整好的正确位置关系，从而产生加工误差。,齿轮机床传动链,图3-8 工艺系统受力变形引起的加工误差,1. 工艺系统刚度分析 为了分析计算工艺系统受力变形对加工精度的影响，需引入工艺系统刚度的概念。刚度是物体抵抗使其产生弹性变形的作用力的能力，即作用力F与其引起的在作用力方向上的弹性变形量Y的比值，称为物体的刚度K，即 工艺系统的刚度定义为：零件加工表面法向分力Fy，与刀具在切削力作
15、用下相对工件在该方向的位移Yxt的比值，即 工艺系统的刚度与工艺系统各组成部分的刚度和各组成部分之间的接触刚度有关。工艺系统刚度的一般式为：,2. 工艺系统受力变形引起的加工误差 （1）由于切削力着力点位置变化引起的工件形状误差 1）在车床两顶尖间车削短而粗的的光轴。图3-9（a）所示为在车床上加工短而粗的光轴，由于工件和刀具的刚度较大，其在切削力作用下相对于机床、夹具的变形要小得多，而车刀在敏感方向的变形也很小，故可忽略不计。此时，工艺系统的变形完全取决于头架、尾座（包括顶尖）和刀架的变形。 2）在两顶尖间车削细长轴。图3-9（b）所示为在车床上加工细长轴。由于工件细而长，刚度小，在切削力的
16、作用下，其变形大大超过机床、夹具和刀具的变形量。因此，机床、夹具和刀具的受力变形可以忽略不计，工艺系统的变形完全取决于工件的变形。,图3-9 工艺系统变形随差力点位置的变化而变化,（2）由于切削力变化而引起的加工误差 当工艺系统刚度不变时，若毛坯加工余量和材料硬度不均匀，会引起切削力Fy不断变化。如图3-10所示，由于工件毛坯的圆度误差，使车削时刀具的切削深度在ap1与ap2之间变化，因此，切削分力Fy也随切削深度ap的变化由Fymax变化到Fymin。根据前面的分析，工艺系统将产生相应的变形，即由y1变到y2（刀尖相对于工件产生y1到y2的位移），这样就形成了被加工表面的圆度误差。这种现象称为“误差复映”。误差复映的大小可根据刚度计算公式求得。,图3-10 零件形状误差的复映,（3）其它力引起的加工误差 1）由惯性力引起的加工误差。 切削加工中，高速旋转的零部件（包括夹具工件和刀具等）的不平衡将产生离心力FQ。FQ在每一转中不断地改变着方向，因此，它在y方向的分力大小的变化，就会使工艺系统的变形也随之变换而产生加工误差。如
