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1、第四章第四章第四章第四章 机械加工机械加工机械加工机械加工质质量量量量加工加工质质量量尺寸精度外形精度位置精度通常外形误差限制在位置公差内，位置公差限制在尺寸公差内外表粗糙度波度纹理方向伤痕划痕、裂纹、砂眼等加工精度加工精度外表外表质质量量外表几何外形精度外表缺陷层表层加工硬化表层金相组织变化表层剩余应力加工质量包含的内容一、机械加工精度与加工一、机械加工精度与加工误误差差 1 1、加工精度：、加工精度：零件加工后零件加工后实实践几何参数与理想几何参数接近程度。符践几何参数与理想几何参数接近程度。符合程度越高，加工精度越高，合程度越高，加工精度越高，实实践消践消费费中零件不能中零件不能够够与理
2、想与理想的要求完全符合。它遭到各种要素的影响。的要求完全符合。它遭到各种要素的影响。2 2、加工、加工误误差：差： 指加工后的指加工后的实实践几何参数尺寸，外形和外表践几何参数尺寸，外形和外表间间的相互位的相互位置置对对理想几何参数的偏离程度，从保理想几何参数的偏离程度，从保证产证产品运用性能分析品运用性能分析允允许许有一定的加工有一定的加工误误差差保保证产证产品的运用性能品的运用性能, ,保保证证和提高加工精度和提高加工精度问题问题- -实实践上就是限制和降低加工践上就是限制和降低加工误误差差问题问题 4-1 4-1 4-1 4-1 机械加工精度机械加工精度机械加工精度机械加工精度3 3、两
3、者关系：、两者关系：1 1两者从不同角度来两者从不同角度来评评定加工零件的几何参数。加工精度的高低定加工零件的几何参数。加工精度的高低 2 2加工精度加工精度( (尺寸尺寸, ,外形外形, ,位置精度位置精度) )三者关系三者关系外形公差限制在位置公差内外形公差限制在位置公差内 位置公差限制在尺寸之内位置公差限制在尺寸之内尺寸精度高尺寸精度高位置、外形精度高位置、外形精度高 外形精度高外形精度高位置、尺寸不一定高位置、尺寸不一定高3 3加工精度、加工本加工精度、加工本钱钱、消、消费费率三者关系率三者关系设计设计人人员员-合理合理规规定加工精度定加工精度工工艺艺人人员员-依依设计设计要求、消要求
4、、消费费条件、用适当方法保条件、用适当方法保证证提高消提高消费费率和降低本率和降低本钱钱. .4 4、研、研讨讨加工精度的目的：加工精度的目的：目的是要弄清各种原始目的是要弄清各种原始误误差的物理，力学本差的物理，力学本质质，以及他，以及他们对们对加工精度影加工精度影响的响的规规律，掌握控制加工律，掌握控制加工误误差的方法，差的方法，获获得得预预期的加工精度，需求期的加工精度，需求时时找出找出进进一步提高加工精度的途径。一步提高加工精度的途径。工件相对于刀具静止形状下已存在的误差原始原始误误差差与工艺系统原始形状有关的原始误差(几何误差)与工艺过程有关的原始误差(动误差)原理误差定位误差调整误
5、差刀具误差夹具误差机床误差工艺系统受力变形包括夹紧变形工艺系统受热变形刀具磨损丈量误差工件剩余应力引起的变形工 件 相 对于 刀 具 运动 形 状 下的误差主轴回转误差导轨导向误差传动误差原始误差构成5 5、原始、原始误误差差影响机械加工精度的要素影响机械加工精度的要素 工工艺艺系系统统的各种的各种误误差叫原始差叫原始误误差。差。 4-14-2显显然：然： 工工艺艺系系统统原始原始误误差方向不同，差方向不同，对对加工精度的影响程度也不同。加工精度的影响程度也不同。对对加工精度影响最大的方向，加工精度影响最大的方向，称称为误为误差敏感方向。差敏感方向。 误误差敏感方向普通差敏感方向普通为为已加工
6、已加工外表外表过过切削点的法切削点的法线线方向。方向。如下如下图车图车刀加工刀加工R =yRYRR误差敏感方向YR0yaYR0yb6 6、误误差敏感方向差敏感方向1 1、加工原理、加工原理误误差差 指采用了近似的成型运指采用了近似的成型运动动或近似的刀刃或近似的刀刃轮轮廓廓进进展加工而展加工而产产生的生的误误差。差。式中式中RR球球头头刀半径；刀半径；hh允允许许的残留高度。的残留高度。例例1 1：在数控：在数控铣铣床上采用球床上采用球头头刀刀铣铣削复削复杂杂形面零件形面零件SRh空间曲面数控加工二、工二、工艺艺系系统统的几何的几何误误差差用展成法切削齿轮刀齿有限,微小折线组成曲线 例例2 2
7、：用阿基米德：用阿基米德蜗蜗杆杆滚滚刀刀滚滚切切渐渐开开线齿轮线齿轮采用阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆替代渐开线根本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似外型误差。由于滚刀刀齿有限，实践加工出的尺形是一条有微小折线组成的曲线，和实际的光滑渐开线有差别。例例3 3：在在曲曲线线获获曲曲面面的的数数控控加加工工中中，由由于于数数控控铣铣床床普普通通不不具具有有空空间间插插补补功功能能。如如曲曲线线的的加加工工是是由由许许多多很很短短的的折折线线段段逼逼近近得得到到，逼逼近近的的精精度度可可由由每每根根线线段段的的长长度度来来控控制制。在在三三坐坐标标联联动动的的数数控控铣铣床床上上加加工工区区面面，实实践践上上是是
8、一一面面一一面面的的空空间间直直线线逼逼近近空空间间曲曲面面。即即整整个个曲曲面面是是由由大大量量加加工工出出的的小小直直线线来来逼逼近近。因因此此，在在曲曲线线或或曲曲面面加加工工中中，刀刀具具相相对对于于工工件件地地成成形形运运转转是是近似的。近似的。2、机床的几何误差1回转精度： 机床主轴在回转时实践回转轴线对理想回转轴线的相一致程度。2回转误差： 机床主轴在回转时实践回转轴线对理想回转轴线的漂移。3误差产生缘由： 由于主轴部件中轴承、轴颈、轴承座孔等的制造误差和配合质量，光滑条件，以及回转时的动力要素的影响。瞬时回转轴线的空间位置在周期性变化。4理想回转轴线：客观存在，但无法确定，通常
9、是以平均回转轴线来替代。1机床主轴回转误差5主轴回转误差根本方式：b端面圆跳动a径向圆跳动c倾角摆动径向圆跳动 端面圆跳动 角度摆动6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 思索最简单的情况，主轴回转中心在y方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速一样，幅值为2e。那么刀尖的坐标值为：e径向跳动对镗孔精度影响式中 R 刀尖回转半径； 主轴转角。显然，上式为一椭圆。它主要影响加工工件的圆度和圆柱度。 主轴端面圆跳动对车削工件端面的影响它主要影响工件的的端面外形和轴向尺寸精度。刀走向，与理想轴线平行工件回转轴线不变 主轴角度摆动对镗孔的影响角度摆动是指瞬时回转轴线与平均回转
10、轴线成一倾斜角度作公转，它对工件的外形精度影响很大，如车外圆时，会产生锥度。 7影响主轴回转精度的主要要素 滑动轴承图1轴径不圆引起车床主轴径向跳动AB车床类机床图1 切削力的方向大体不变，主轴经以不同部件与轴承内孔的某一固定部位相接触。因此影响主轴回转精度的主要是主轴轴径的圆度。轴承对于回转误差的影响 滚动轴承内外滚道圆度误差、滚动体外形及尺寸误差静压轴承 对轴承孔或轴径圆度误差起均化作用 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镗床类机床图2 切削力随主轴回转而回转，主轴径总是以固定部位与轴承孔内外表的不同部位接触，因此轴承孔的圆度对主轴回转精度影响最大。图2轴承孔不圆引起镗床主
11、轴径向跳动与轴承配合的零件误差的影响轴承间隙的影响 轴承间隙对回转精度也有影响，如轴承间隙过大，会使主轴任务时油膜厚度增大油膜承载才干降低，当任务条件(载荷、转速等)变化时，油楔厚度变化较大，主轴轴线漂移量增大。 由于轴承内、外圈或轴瓦很薄，受力后容易变形，因此与之相配合的轴颈或箱体支承孔的圆度误差，会使轴承圈或轴瓦发生变形而产生圆度误差。与轴承圈端面配合的零件如轴肩、过渡套、袖承端盖、螺母等的有关端面，假设有平面度误差或与主轴回转轴线不垂直，会使轴承圈滚道倾斜，呵斥主轴回转轴线的径向、轴向漂移。箱体前后支承孔、主轴前后支承轴颈的同轴度会使轴承内外圈滚道相对倾斜，同样也会引起主轴回转轴线的漂移
12、。8提高主轴回转精度的措施提高主轴部件的制造精度 首先应提高轴承的回转精度其次是提高箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合有关表而的加工精度。此外，还可在装配时先测出滚动轴承及主轴锥孔的径向圆跳动，然后调理径向圆跳动的方位，使误差相互补偿或抵消，以减少轴承误差对主轴回转精度的影响。对滚动轴承进展预紧，消除间隙 对滚动轴承适当预紧以消除间隙，甚至产生微量过盈由于轴承内外圈和滚动体弹性变形的相互制约，既添加了轴承刚度，又对轴承内外圈滚道和滚动体的误差起均化作用，因此可提高主轴的回转精度。使主轴回转误差不反映到工件上误差转移 直接保证工件在加工过程中的回转精度而不依赖于主轴，是保证工件外形精度的最简单而
13、又有效的方法。 如采用两固定顶尖支承磨削外圆柱面。 在镗床上加工箱体类零件孔。采用前后导向套的镗模。2、机床导轨导向误差 1导轨导向精度及其对加工精度的影响 导轨导向精度： 机床导轨副的运动件实践运动方向和理想运动方向的符合程度。两者之间的偏向值称为导向误差。 导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动的基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。 包括： 导轨在程度面内的直线度， 导轨在垂直面内的直线度， 导轨面间的平行度扭曲， 导轨与主轴回转轴线的平行度或垂直度。2导轨在程度面内的直线度弯曲 对于于车床和外床和外圆磨床由于刀尖相磨床由于刀尖相对于工件回于工件回转轴线在加工在加工外表径
14、向方向的外表径向方向的变化属敏感方向，故其化属敏感方向，故其对零件的外形精度影零件的外形精度影响很大。响很大。 车床导轨在程度面内有弯曲后，纵向进给中刀具相对工件轴线不能平行。因此工件外表上构成外形误差。当导轨向后凸时，工件产生鼓形误差。当导轨向前凸时，工件产生鞍形误差。 3导轨在垂直面内的直线度弯曲 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件上。 4导轨面间的平行度-刀架与工件相对位置偏斜锥度或马鞍形 3机床传动链误差 1传动链的传动误差是指内联络的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。例： 用滚
15、齿机加工直齿轮时，要求滚刀和工件之间具有严厉的运动关系。即：滚刀转一转，工件转过一个齿，这种运动关系是由刀具与工件的传动链来保证的。 当传动链中各传动元件如齿轮、蜗轮、蜗杆、丝杆、螺母等有制造误差，装配误差和磨损时，就会破坏正确的运动关系，是被加工工件产生误差。 缩缩短短传动链长传动链长度度 提高末端元件的制造精度与安装精度提高末端元件的制造精度与安装精度传传动动比比小小，尤尤其其是是传传动动链链末末端端传传动动副副的的传传动动比比小小，因此采用降速因此采用降速传动传动保保证传动证传动精度的重要原那么精度的重要原那么 采用校正安装采用校正安装对传动误对传动误差差进进展展补偿补偿 采采用用频频谱
16、谱分分析析方方法法，找找出出影影响响传传动动精精度度的的误误差差环环节节 2提高传动精度措施 三、工艺系统受力变形 由于切削力等引起的工艺系统产生的弹性变形，使刀具和工件在静态下调整好的相互位置，以及切削成形运动所需求的正确几何关系发生变化，从而呵斥加工误差。工艺系统抵抗弹性变形的才干越强，那么加工精度越高，工艺系统抵抗弹性变形的才干，用刚度k来描画。1、工艺系统刚度： 指工艺系统抵抗其变形的外力的才干。是指工件加工外表在切削力法向分力Fy的作用下，刀具相对工件在该方向位移y的比值。 组成件的实体刚度 受力产生拉伸、紧缩、弯曲变形；特别是薄弱件楔条、轴套等影响较大衔接外表接触变形 其大小与接触
17、面压强有关结合面间隙零件外表摩擦力的影响施力方向的影响，测试时只模拟Fy，实践上加工过程中，Fx，Fy，Fz同时作用。影响机床部件刚度要素刀架部件的楔铁，刚度很差，很容易发生变形；滚动轴承的外圈，壁薄，容易变形。部件中各零件的间隙，只需遭到较小的力就会产生位移，严重影响部件的刚度，加工中假设单向受力，加载后间隙消除，间隙对位移没有影响；但像镗床、铣床等，受力方向经常改动，那么间隙将影响刀具相对于零件外表的准确位置，产生较大的加工误差。1切削力作用点位置变化引起工件外形误差2、工艺系统受力变形对加工精度的影响 ydjytjywz工艺系统变形随受力点变化规律FpAABBCCxLFAFByxx 工件
18、刚度小-腰鼓形 工件刚度大-马鞍形(2)误差复映规律 切削加工中，由于毛坯本身的误差外形或位置使切削深度不断变化，从而引起切削力的变化，促使工艺系统产生相应的变形，因此工件外表上保管了与毛坯外表类似的外形和位置误差，但加工后残留的误差比毛坯误差从数值上大大减少了，这一景象称为“误差复映毛坯误差和加工误差的定量关系如图： 毛坯有圆度误差g ，复映到被加工外表的误差为g 加工时最大切削深度为ap1，最小切削深度为ap2，设工件资料的硬度是均匀的，那么在ap1处，切削力Fy1最大，相应的变形y1也最大，在ap2处，切削力Fy2最小，相应的变形y2也最小。当车削加工时，xFy=1，那么：机械加工中，误
19、差复映系数通常小于1。误差复映程度可用误差复映系数来表示，误差复映系数与系统刚度成反比。由上式可得： 误差复映系数 表示加工误差与毛坯误差的比例关系，并定量的反映了毛坯误差经加工所减少的程度。v减少误差复映的方法K越大，复映系数 越小进给量f减少时，可以减小C，那么 减小添加走刀次数减小毛坯误差值v多次走刀总的的误差复映系数 当加工分几次走刀时，每次的误差复映系数为：由于 那么 ，多次走刀可以提高加工精度。3、夹紧力、重力、传动力和惯性力引起的加工误差 夹紧力影响ab薄壁套夹紧变形【例1】薄壁套夹紧变形 处理：加开口套【例】龙门铣横梁龙门铣横梁变形龙门铣横梁变形补偿 重力影响处理：变形补偿 传
20、动力与惯性力影响 实际实际上不会上不会产产生生圆圆度度误误差但会差但会产产生生圆圆柱度柱度误误差差周期性的力易会周期性的力易会引起引起强强迫振迫振动动传动力对加工精度的影响zlRyYFpFcFcdFcdyraOOr0yYFpAFcdrcd=Fcd / kcOFcFc / kcFp / kcbOv合理的构造设计：v 设计工艺配备时，尽量减少衔接面数目，留意刚度的匹配，防止部分低刚度环节出现，设计根底件、支承件时，合理设计零部件构造和截面外形。 v提高接触刚度v 提高机床部件中零件接合外表的接触质量v 给机床部件预加载荷 v 提高工件定位基准的精度和降低外表粗糙度值。v采用辅助支承中心架，跟刀架，
21、镗杆支承等4减少工艺系统受力变形的措施v采用合理装夹和加工方式支座零件不同安装方法v热变形：v 机械加工过程中，工艺系统会遭到各种热的影响而产生温度变形，称为热变形。这种变形将破坏刀具与工件的正确几何关系和运动关系，呵斥工件的误差。四、工艺系统热变形 v对加工精度的影响v 精细加工和大件加工中，热变形的加工误差占工件总加工误差的40%70%。v 影响加工效率，为减少热变形，需求预热机床、降低切削用量，添加工序粗、精分开v 高精、高效、自动化加工时的热变形问题更加严重.1、工艺系统热源v切削热：v 切削时所作的功几乎全部转变成热，其热量以传导的方式传送，对刀具和工件影响较大。v摩擦热：v 机械零
22、件的摩擦轴承、导轨的摩擦而产生的热，液压传功、电气传功等，都是热源，对机床影响较大，以传导方式传送。v其它热：v 指工艺系统外部的，以对系统传热为主的环境温度和各种辐射热。 v各种热对加工精度的影响v 切削热：v 车削时，切屑带走热量可达50%80%，传给工件约30%，传给刀具约5%。v 铣削、刨削加工，传给工件30%v 钻削和卧镗，切屑留在孔中，传给工件大于50%v 磨削时，切屑带走热量4%，传导工件84%，工件外表温度高工艺系统热源内部热源外部热源切削热摩擦热环境热源辐射热摩擦热： 使工艺系统部分发热，引起部分温升和变形，破坏系统原有的几何精度。外部热源： 大型工件昼夜加工，由于温差引起工
23、艺系统的热变形不一样，照明光、散热器、日光等也会引起机床的部分温度和变形。 2、机床热变形引起的加工误差车、铣 、钻、镗类机床： 主轴箱中的齿轮，轴承磨擦发热，光滑油发热是主要热源，使主轴箱及与之相连部分如床身或立柱的温度升高而产生较的变形。车床受热变形a车床受热变形形状运转时间/h0123450150100200位移/m20406080温升/Yy前轴承温升b温升与变形曲线龙门刨床、导轨磨床等机床 床身热变形是影响加工精度的主要要素：因其床身较长、导轨稍有温差，就会产生较大的弯曲变形。 床身上下外表产生温差的缘由，不仅是由于任务台运动时导轨摩擦发热所知，环境温度的影响也很大。导轨磨床受热变形各
24、种磨床 热源： 液压传动系统和高速回转磨头，并且运用大量的切削液都是磨床的主要热源。 变形： 砂轮主轴轴承发热、使主轴轴线升高并使砂轮架向工件方向趋近，由于主轴前后轴承温升不同，主轴侧母线还会出现倾斜，液压系统发热使床身各处温升不同，导致床身趋于前倾。 举例： 平面磨床： 热变形受油池安放位置及导轨摩擦发热的影响。 利用床身做油池，那么床身下部温度高于上部，导轨产生中凹变形。 油池移出后，导轨面的摩擦热使导轨上部温度高于下部，导轨产生中凸变形。立式平面磨床受热变形形状立式平面磨床： 主轴承和主电机的发热传到立柱，使立柱内侧温度高于外侧，因此引起立柱的弯曲变形。 1热源： 切削热由于刀体小、热反
25、复小、虽然传入刀具热量并不多，但仍会有很高的温升2变形规律： 1衔接切削曲线1 2延续切削曲线2 3冷却后的曲线3 (min)车刀热变形曲线延续切削升温曲线冷却曲线延续切削升温曲线mmayb0c0.63may3、刀具热变形4、减少工艺系统热变形的主要途径1减少发热和隔热2强迫冷却散热3控制温度变化4采用合理的构造设计1、内应力定义： 外部作用力去除后工件内存留的应力特点： 具有内应力的零件处于一种不稳定形状，它内部的组织有剧烈的倾向要恢复到一个稳定的没有应力的形状，即使在常温下，零件也会不断的缓慢地进展这种变化，直到剩余应力平安松弛为主，在这一过程中，零件将会翘曲变形，原有的加工精度会逐渐丧失
26、。五、剩余应力引起的变形1毛坯制造和热处置产生的剩余应力缘由： 在铸、锻、焊、热处置等加工过程中，由于各部分冷热收缩不均匀，以及金相组织的体积变化，使毛坯内部产生相当大的剩余应力。例1： 以下图表示一个内外壁厚相差较大的铸件，浇注后，冷却过程如下： 壁A、C较薄，散热容易，冷却快。壁B冷却慢，当A、C从塑性形状冷却到弹性形状时，B还处于塑性形状，这时A、C收缩时B不起阻挠变形的作用，铸件内部不会产生内应力。1、产生剩余应力的缘由 当B冷却到弹性形状时，A、C的温度曾经降低很多，收缩速度很慢，但B收缩快，所以收到A、C的妨碍，壁B受拉应力，A、C受压应力，以坚持平衡。 在C上开一小口，C上压应力
27、消逝，在A、B内应力作用力，内应力重新分布，到达平衡，工件翘曲。例2： 机床床身铸件，为提高导轨面的耐磨性，采用部分激冷的工艺使他冷却更快一些，这样可以获得高的硬度，但铸件内应力更大，导轨外表 经粗加工刨去一层，引起内应力重新分布，产生弯曲变形，新平衡过程需较长时间，导轨精加工后除去大部分变形，但内部还在变化，合格的导轨面丧失原有的精度。2冷校直带来的剩余应力冷校直方法：在细长轴原有变形的相反方向上加力F，使工件向相反方向弯曲，产生塑性变形，到达校直的目的细长轴弯曲缘由，经轧制的资料存在内应力，经车削后，此内应力重新分布产生弯曲。冷校直方法F3切削加工带来的剩余应力3、减小剩余应力措施v设计合
28、理零件构造，提高零件刚性，使壁厚均匀。v合理安排工艺过程粗、精加工分开v防止冷校直v时效处置 合理采用先合理采用先进进工工艺艺和和设备设备1、误差预防：指减小原始误差本身或减小原始误差的影响。即减少误差源和改动原始误差源和加工误差的定量关系。 直接减小原始直接减小原始误误差差 例：例：细长轴细长轴切削切削时时采用反向切削。采用反向切削。六、提高加工精度的途径 转转移原始移原始误误差差 例例：采采用用立立刀刀安安装装把把刀刀架架的的转转角角位位移移转转移移到到误误差差的不敏感方向的不敏感方向ab转塔车床刀架转位误差的转移易位法加工时误差均化过程360工件转角累积误差1l1l22 均化原始均化原始
29、误误差，如研磨加工、易位加工差，如研磨加工、易位加工 就地加工自干自就地加工自干自 要要保保证证部部件件间间什什么么样样的的位位置置关关系系就就在在这这样样的的位位置置关关系上利用一个部件装上刀具去加工另一个部件。系上利用一个部件装上刀具去加工另一个部件。 误误差分差分组组均分原始均分原始误误差差 在在线线丈量与在丈量与在线补偿线补偿2、误差补偿：指人为引入附加误差要素，以抵消或减小原始误差的影响高压油泵偶件自动配磨安装表示图柱塞销柱塞丝杠加工误差补偿安装1工件2螺母3母丝杠4杠杆5校正尺6触头7校正曲线附加位移螺母附加转动 采用校正安装采用校正安装 积极控制起决议作用的误差要素 在复杂精细零
30、件的加工中，当无法对主要精度参数直接进展在线丈量和控制时，应该设法控制起决议作用的误差要素，把它掌握在很小的变动范围内，例如精细螺纹磨床的自动恒温控制 v以弹性变形补偿热变形 其他其他补偿补偿方法方法龙门铣横梁变形补偿以弹性变形补偿热变形附加夹紧力v以几何误差补偿受力变形v以热变形补偿热变形以热变形补偿热变形3 3外表外表纹纹理零件耐磨性的影响理零件耐磨性的影响 外表纹理的外形和刀纹方向对耐磨性也有影响，缘由是纹理外形和刀纹方向影响有效接触面积和光滑液的存留，普通，圆狐状、凹坑状外表纹理的耐磨性好，尖峰状的耐磨性差。 在运动副中，两相对运动零件的刀纹方向和运动方向一样时，耐磨性较好，两者的刀纹方向和运动方向垂直时，耐磨性最差。
