影響機械加工精度的因素及其提高措施

1、鄭州工業(yè)安全職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）題目 影響機械加工精度的因素及其提高措施 姓 名 閆成碩 系 別 機電工程系 專 業(yè) 機電一體化 班 級 機電105班 指導(dǎo)教師 2013年 05 月 20 日畢業(yè)論文（設(shè)計）成績評定表學(xué)生姓名閆成碩學(xué)院系別機電工程系班級名稱機電10-5班畢業(yè)論文（設(shè)計）課題名稱影響機械加工精度的因素及其提高措施指導(dǎo)教師評語：成 績：指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系學(xué)術(shù)委員會意見： 系主任簽名： 年 月 日目 錄內(nèi)容摘要1前 言2第一章工藝系統(tǒng)的幾何誤差31.1機床的幾何誤差31.2刀具誤差41.3夾具和裝夾誤差41.4其他幾何因素4第二章工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差62.1工藝

2、系統(tǒng)的剛度62.2工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響62.3減少工藝系統(tǒng)受力變形的主要措施7第三章工藝系統(tǒng)熱變形引起的誤差83.1機床熱變形對加工精度的影響83.2工件熱變形對加工精度的影響83.3刀具熱變形對加工精度的影響93.4減少工藝系統(tǒng)熱變形的途徑9第四章工件內(nèi)應(yīng)力引起的誤差114.1內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生114.2減少或消除內(nèi)應(yīng)力的措施11第五章數(shù)控機床產(chǎn)生誤差的獨特性135.1數(shù)控車床與普通車床產(chǎn)生誤差的區(qū)別135.2數(shù)控車床的誤差對加工精度的影響及提高措施13第六章提高加工精度的措施146.1直接減少誤差法146.2誤差補償法146.3誤差轉(zhuǎn)移法146.4“就地加工”法156.5誤差分組法1

3、56.6誤差平均法156.7控制誤差法15參考文獻16致謝17內(nèi)容摘要隨著國民經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對機械產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來越高。而機械產(chǎn)品的質(zhì)量與組成該機械的零部件的制造質(zhì)量密切相關(guān)。但是在機械加工過程中，存在著一些因素會對工件的質(zhì)量產(chǎn)生影響。如何使工件的加工質(zhì)量達到要求,如何減少各種因素對加工精度的影響，這就是研究加工精度的目的所在。把各種誤差控制在規(guī)定范圍內(nèi)，從而尋找降低加工誤差，提高加工精度的方法。本文主要探討了影響機械加工精度的因素及其具體的提高措施。關(guān)鍵詞：精度，誤差，提高措施 前 言 在機械加工過程中，機床、夾具、刀具和工件組成了一個完整的系統(tǒng)，稱為工藝系統(tǒng)。由于這些因素的

4、影響，加工出來的工件不可能與理想的要求完全符合，總會有一些偏差。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)零件在機器上的功能，將加工精度規(guī)定在一定的范圍內(nèi)。從而在保證加工精度的前提下盡量降低成本提高生產(chǎn)率。 機械加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和相互位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏離程度稱為加工誤差。一個零件的加工誤差越小，加工精度就越高。 零件的加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度。零件的尺寸精度主要通過試切法、調(diào)整法、定尺寸刀具法和自動控制法來獲得；形狀精度則由機床精度或刀具精度來保證；位置精度主要取決于機床精度、夾具精度和工件的安裝精度。一般來說，形狀精度應(yīng)高于尺寸精

5、度，位置精度在大多數(shù)情況下也應(yīng)高于尺寸精度。 研究加工精度的目的，就是要分析影響加工精度的各種因素及其存在規(guī)律，從而找出減少加工誤差，提高加工精度的合理途徑。 而我們研究加工精度時，通常按照工藝系統(tǒng)誤差的性質(zhì)將其歸納為四個方面。即：（1）工藝系統(tǒng)的幾何誤差。 （2）工藝系統(tǒng)的受力變形引起的誤差。 （3）工藝系統(tǒng)的熱變形引起的誤差。 （4）工件內(nèi)應(yīng)力變化引起的誤差。 以上各種誤差因素，在機械加工過程中將對加工精度產(chǎn)生綜合性的作用。加工條件不同，誤差構(gòu)成不同，不是在任何加工中都會同時出現(xiàn)。因此，必須具體問題具體分析，找出產(chǎn)生誤差的主要因素，從而預(yù)防或是采取有效的補救措施來提高零件的加工精度。第一章

6、工藝系統(tǒng)的幾何誤差 1.1機床的幾何誤差 機床的制造、安裝以及使用中的磨損都會造成誤差。機床的幾何誤差主要包括主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差和傳動鏈誤差。1主軸回轉(zhuǎn)誤差 機床的主軸是安裝工件或刀具的基準，并把動力和運動傳給工件或刀具。因此，主軸回轉(zhuǎn)精度是機床的重要精度指標之一。 （1）主軸回轉(zhuǎn)誤差可分為軸向竄動、徑向跳動和角度擺動三種基本形式。軸向竄動：瞬時回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線方向的漂移運動。它主要影響所加工工件的端面形狀精度。徑向跳動：瞬時回轉(zhuǎn)軸線始終平行與平均回轉(zhuǎn)軸線，但沿y軸和z軸方向有漂移運動。角度擺動：瞬時回轉(zhuǎn)軸線與平均回轉(zhuǎn)軸線成一斜角，但其交點位置固定不變的漂移運動。主要影響工件圓柱

7、面的形狀精度和端面的形狀精度。 實際上，這三種基本形式同時存在。故不同橫截面內(nèi)軸心的誤差運動軌跡既不相同，又不相似。 （2）提高主軸回轉(zhuǎn)精度的途徑我們需要根據(jù)機床精度的要求選擇相應(yīng)精度等級的軸承，還需要恰當確定支撐軸頸、支撐座孔等有關(guān)零件的精度及與其軸承的配合精度，并嚴格保證裝配質(zhì)量要求。2導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差 機床導(dǎo)軌副是實現(xiàn)直線運動的主要導(dǎo)向部件，有支撐和導(dǎo)向的作用，是影響直線運動的主要因素。 導(dǎo)軌要滿足高精度及保持、高剛度、平穩(wěn)性好、耐磨性好、溫度變化小、結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、便于加工裝配以及調(diào)整和維修。3傳動鏈誤差 （1）機床傳動鏈誤差是指傳動鏈始末兩端傳動元件之間相對運動誤差。它由傳動鏈各元件

8、的制造、裝配、加工過程中的力和熱變形以及磨損等引起的。其中末端元件對傳動鏈的誤差影響最大。 （2）減少傳動鏈誤差的途徑盡量縮短傳動鏈。采用降速比傳動，特別是末端傳動副的傳動比越小則傳動精度就越高。提高傳動元件，尤其是末端傳動元件的制造和裝配精度。采用校正裝置，就是人為的加入一個與傳動誤差大小相等方向相反的誤差，來抵消原有的傳動誤差。 1.2刀具誤差 刀具誤差包括刀具的制造、安裝及磨損的誤差。刀具基本可分為一般刀具、定尺寸刀具和成型刀具。其中，一般刀具主要在切削過程中產(chǎn)生的磨損對工件的加工精度有影響；定尺寸刀具的制造和磨損直接影響被加工工件的尺寸精度；成型刀具的制造和磨損對工件的形狀精度產(chǎn)生影響

9、。 為減少刀具制造和磨損誤差，應(yīng)合理規(guī)定定尺寸刀具和成型刀具的制造誤差，正確選材、切削用量和冷卻潤滑，提高刀具的刃磨質(zhì)量以減少初期磨損。 1.3夾具和裝夾誤差夾具誤差主要指夾具的定位和導(dǎo)向元件及夾具體等的加工與裝配誤差，它對工件的位置誤差有較大影響。夾具的磨損對加工誤差的影響不是很明顯，對它進行定期的檢測和維修，便可提高其幾何精度。 1.4其他幾何因素 （1）調(diào)整誤差：為了保證加工精度必須對機床、夾具和刀具進行調(diào)整，由于調(diào)整不可能完全準確，因而產(chǎn)生調(diào)整誤差。 （2）測量誤差：在工序調(diào)整及加工過程中測量工件時，由于測量方法、量具精度等因素對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。第二章工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差 在機

10、械加工過程中，工藝系統(tǒng)在切削力、傳動力、慣性力、夾緊力以及重力的作用下會產(chǎn)生變形，破壞了原有刀具和工件的相互位置，造成加工誤差。例如，車削細長軸時，工件在切削力的作用下發(fā)生變形，使加工后的工件產(chǎn)生中間粗兩端細的腰鼓型如圖2-1所示。工藝系統(tǒng)受力變形的大小，與所受載荷的大小、載荷性質(zhì)和系統(tǒng)剛度有關(guān)。圖2-1 細長軸加工時的受力變形 2.1工藝系統(tǒng)的剛度 工藝系統(tǒng)的剛度體現(xiàn)工藝系統(tǒng)在各種外力作用下抵抗變形的能力。工藝系統(tǒng)由機床、夾具、刀具和工件等組成。因此，它的剛度由組成工藝系統(tǒng)各個部分的剛度所決定。 影響機床部件剛度的因素主要包括以下幾個方面連接表面的接觸變形。部件中薄弱零件的變形。間隙的影響。

11、摩擦的影響。 2.2工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響 （1）由于切削力作用點位置變化而產(chǎn)生的變形。當在車床上用兩頂尖裝置加工短而粗的軸，由于工件剛度較大，在切削力的作用下工件的變形相對于機床、夾具和刀具變形要小的多，故工藝系統(tǒng)的變形完全取決于機床主軸箱、尾架、頂尖和刀架的變形；當在車床上用用兩頂尖裝夾加工細長軸時，由于工件剛度很低，機床、夾具和刀具的變形可以忽略不計，則工藝系統(tǒng)的位移完全取決于工件變形。 由此可見工藝系統(tǒng)的剛度在沿工件軸向的各個位置是不同的，所以加工后工件各個橫截面上的直徑尺寸也是不同的。造成加工后的形狀誤差，如錐度、鼓型、鞍型等。 （2）由于切削力變化而引起的加工誤差。在切削

12、加工過程中，往往由于被加工表面的幾何形狀誤差或材料的硬度不均勻引起切削力的變化，從而造成工件的加工誤差。 （3）慣性力、傳動力、重力和夾緊力所引起的誤差工件在裝夾過程中，由于剛度較低或著力點不當，都會引起工件變形，造成誤差。在切削過程中，高速旋轉(zhuǎn)的部件的不平衡將產(chǎn)生離心力，它在每一轉(zhuǎn)中都在變化就會使工藝系統(tǒng)的受力變形也隨之改變而產(chǎn)生加工誤差。由于工件的自重也會引起變形產(chǎn)生誤差。 2.3減少工藝系統(tǒng)受力變形的主要措施 （1）提高接觸剛度。主要是改善工藝系統(tǒng)主要零件接觸面的配合質(zhì)量，采用對零件進行刮研，改善配合表面粗糙度和形狀精度的方法，使實際接觸面積增加，從而提高接觸剛度。 （2）提高工件剛度減

13、少受力變形。切削力引起的加工誤差，往往是因為工件本身剛度不足或各個部位剛度不均勻造成的。 （3）提高機床部件剛度。機床部件剛度在工藝系統(tǒng)中占有很大比重，所以在加工時常采用一些輔助裝置來提高其剛度。 （4）合理裝夾工件。如對薄壁件，夾緊時應(yīng)特別注意選擇合適的夾緊方法，否則會引起很大的形狀誤差。 第三章工藝系統(tǒng)熱變形引起的誤差 工藝系統(tǒng)熱變形的熱源有內(nèi)部和外部兩方面。內(nèi)部熱源主要包括切削熱和摩擦熱。切削熱是刀具和工件熱變形的主要熱源，摩擦熱主要是由機床和液壓系統(tǒng)中運動部件產(chǎn)生的，是機床變形的主要熱源。外部熱源主要是環(huán)境溫度和熱輻射，對大型和精密工件的影響比較明顯。 工藝系統(tǒng)受熱源的影響，其溫度會逐

14、漸增高。同時也通過熱傳遞向周圍散發(fā)熱量。當溫度達到某一數(shù)值時，工藝系統(tǒng)就達到熱平衡狀態(tài)。工藝系統(tǒng)各部分的溫度相對穩(wěn)定，其熱變形也趨于穩(wěn)定。 3.1機床熱變形對加工精度的影響 機床受熱源的影響，各部分溫度將發(fā)生變化，由于熱源分布不均和機床結(jié)構(gòu)，機床各部分會發(fā)生不同程度的熱變形。一般情況下，摩擦熱是機床熱變形的主要因素。 為了減少熱變形，應(yīng)使機床處于熱平衡后進行加工。通常是加工前先讓機床高速空轉(zhuǎn)，再進行加工，一般為4-6H。為了縮短時間還可以在機床相應(yīng)部位設(shè)置控制熱源，局部加熱使其盡快達到熱平衡。 3.2工件熱變形對加工精度的影響 在切削過程中，工件熱變形主要由切削熱引起的，有些大型精密零件同時還

15、受環(huán)境的影響。例如細長軸在頂尖車削時，如果頂尖之間距離不變工件將產(chǎn)生彎曲變形。一般來說，工件熱變形對加工精度的影響較為突出。受熱均勻的工件主要影響尺寸精度；受熱不均勻的主要影響形狀精度。 為了減少熱變形可以采取以下措施；加入冷卻液。粗精加工分開，使粗加工余熱不影響精加工。刀具和砂輪未過分磨鈍時就進行刃磨和修正。使工件在夾緊狀態(tài)下有伸縮自由。3.3刀具熱變形對加工精度的影響 切削熱大部分都被切屑帶走，傳給刀具的只是一少部分。但是由于刀具體積小，主軸轉(zhuǎn)速高，所以刀具具有相當高的溫度并產(chǎn)生熱變形。如圖3-1所示為車削時車刀的熱變形與切削時間的關(guān)系曲線。在加工短小工件時受刀具的熱變形影響較小；加工較長

16、工件時影響很大，在切削過程中應(yīng)加強冷卻。圖3-1車刀熱變形曲線 3.4減少工藝系統(tǒng)熱變形的途徑1.減少發(fā)熱和隔熱 可通過合理選擇切削用量和正確選擇刀具幾何參數(shù)來減少切削熱；為了減少機床熱變形，凡是能分離出去的熱源都移出機床，不能移出的則從結(jié)構(gòu)、潤滑等方面減少摩擦從而減少發(fā)熱，也可用隔熱材料將發(fā)熱部件與機床大件隔開。 2強制冷卻散熱 對于發(fā)熱量大的熱源，若不能從機床內(nèi)部移出，又不便隔熱，則采取強制的風(fēng)冷、水冷等措施。 3采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計 采用熱對稱結(jié)構(gòu)和布局對機床熱變形影響很大。在受熱影響下，單立柱結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生相當大的變形，而雙立柱結(jié)構(gòu)由于左右對稱，僅產(chǎn)生垂直方向的平移。另一方面要合理安排支撐的

17、位置。 4用熱補償?shù)姆椒p少熱變形 只是減少溫升往往不能收到滿意的效果，也可采用熱補償方法使機床溫度比較均勻，從而使機床僅產(chǎn)生不影響加工精度的均勻熱變形。 5保持機床熱平衡狀態(tài) 機床空轉(zhuǎn)后在達到或接近熱平衡后再加工。大型、精密機床達到熱平衡狀態(tài)時間較長，可采用措施加速實現(xiàn)熱平衡。對于一些精密零件間斷時間內(nèi)不要停車，以免破壞熱平衡。 6控制環(huán)境溫度 精密機床應(yīng)安裝在恒溫室內(nèi)，以減少環(huán)境對機床和工件的影響。第四章工件內(nèi)應(yīng)力引起的誤差 金屬零件在機械加工過程中都有不同程度的內(nèi)應(yīng)力，其內(nèi)部組織不穩(wěn)定，有恢復(fù)無應(yīng)力的傾向，以致使零件喪失原有的精度。 4.1內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生1.毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力 在鑄、鍛

18、、焊等熱加工過程中，由于工件各部分熱脹冷縮不均勻及金相組織轉(zhuǎn)變時體積變化，使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生相當大的內(nèi)應(yīng)力。具有內(nèi)應(yīng)力的毛坯短時間內(nèi)看不出變化，內(nèi)應(yīng)力暫時處于相對平衡狀態(tài)，但切削加工后平衡就會打破，內(nèi)應(yīng)力重新分布，工件就會出現(xiàn)變形。2冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力 對于一些細長軸工件經(jīng)過車削后，棒料在軋制中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力要重新分布，產(chǎn)生彎曲。通過冷校直的方法使工件向反方向彎曲，產(chǎn)生塑性變形，以達到校直的目的。這樣雖然減少了彎曲，但是依然處于不平衡的狀態(tài)，若再加工或是放的時間久些，就會產(chǎn)生新的變形。3切削加工的附加應(yīng)力 切削加工對應(yīng)力的影響有兩部分：一是由于切除一層金屬，破壞了原有的平衡使內(nèi)應(yīng)力重新分布再達到平衡

19、狀態(tài)；二是切削時局部表面在高溫高壓下，由于不均勻的塑性變形而產(chǎn)生應(yīng)力。 4.2減少或消除內(nèi)應(yīng)力的措施1.合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu) 在零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要盡量縮小零件各部分的尺寸差異，以減少鑄、鍛毛坯在制造過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。2合理安排工藝過程 劃分加工階段，使粗精加工分開，讓切削加工的附加應(yīng)力所產(chǎn)生的變形在精加工前釋放出來。3安排熱處理工序 對鑄、鍛、焊接件進行退火或回火；對精度要求高的零件在粗加工后進行時效處理。4采取時效處理 由于自然時效時間太長，所以大都采用人工時效和振動時效。人工時效是將工件放入爐內(nèi)加熱一定程度，再隨爐冷卻來消除應(yīng)力。主要用于小型工件。振動時效是以激振的形式將振動的機械能加到

20、含大量內(nèi)應(yīng)力的工件上，引起工件內(nèi)部晶格變化以消除內(nèi)應(yīng)力。這種方法比較經(jīng)濟、簡單，并且效率高。第五章數(shù)控機床產(chǎn)生誤差的獨特性 5.1數(shù)控車床與普通車床產(chǎn)生誤差的區(qū)別 數(shù)控車床與普通車床所產(chǎn)生的誤差有許多共同之處，但也有獨特之處，例如伺服進給系統(tǒng)的跟蹤誤差、檢測系統(tǒng)中的采樣延滯誤差等。數(shù)控車床與普通車床的最主要區(qū)別主要有兩點：一是數(shù)控車床有數(shù)控系統(tǒng)用于指揮；二是數(shù)控車床有伺服系統(tǒng)用于驅(qū)動。 5.2數(shù)控車床的誤差對加工精度的影響及提高措施1.機床重復(fù)定位精度的影響 機床重復(fù)定位精度是指重復(fù)定位時坐標軸的實際位置與理想位置的符合程度。引起定位誤差的因素包括數(shù)控系統(tǒng)誤差和機械傳動誤差。2檢測裝置的影響

21、檢測反饋裝置通常安裝在機床工作臺或絲杠上，將工作臺位移量轉(zhuǎn)換成電信號，反饋給數(shù)控裝置，如果與指令值比較有誤，則控制工作臺向消除誤差的方向移動。數(shù)控系統(tǒng)按有無檢測裝置可分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)。3刀具誤差的影響 在加工中心上，由于采用自動換刀功能，在提高生產(chǎn)率的同時，也帶來了刀具交換誤差。抑制數(shù)控機床產(chǎn)生誤差的途徑有硬件補償和軟件補償。過去一般采用硬件補償，如加工中心采用螺距誤差補償功能。隨著微電子、控制、檢測技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了新的軟件補償技術(shù)。它是用數(shù)控系統(tǒng)通信的補償控制單元和相應(yīng)軟件，以實現(xiàn)誤差補償，其原理是利用坐標的附加移動來修正誤差的。第六章提高加工精度的措施 我們主要針對在實際生產(chǎn)過

22、程中如何保證和提高加工精度所采取一些措施。大致可以概括為直接減少誤差法、誤差補償法、誤差轉(zhuǎn)移法、“就地加工”法、誤差分組法、誤差平均法和控制誤差法。 6.1直接減少誤差法 直接減少誤差法是在查明產(chǎn)生加工誤差的原因之后，設(shè)法直接進行減少或消除。如車削細長軸時，由于受軸向切削力的影響，產(chǎn)生壓桿失穩(wěn)，使工件產(chǎn)生彎曲變形。我們可以采用反向進給的切削方法，進給方向由卡盤指向尾座，或是采用反向切削和大的主偏角車刀增大了軸向力，工件在強有力的拉伸作用下還能消除徑向振動，使切削平穩(wěn)。 6.2誤差補償法 誤差補償法就是人為地制造一種新的誤差，抵消原有誤差。如磨床床身導(dǎo)軌是個狹長的構(gòu)件，剛度較差。當裝上橫向進給機

23、構(gòu)和操縱箱后，由于自重會使導(dǎo)軌變形產(chǎn)生誤差。采取的措施就是在精磨導(dǎo)軌時預(yù)先橫向進給機構(gòu)和操縱箱等部件，或是用相等的配重代替這些部件，使床身在變形條件下進行精加工。 6.3誤差轉(zhuǎn)移法 在機床精度達不到要求時，通過誤差轉(zhuǎn)移法，能夠用主軸精度較低的機床加工高精度工件。如鏜床鏜孔時，孔系的位置精度和孔間距的尺寸精度可依靠鏜模和鏜桿的精度來保證。鏜桿與機床主軸之間采用浮動夾頭連接，使鏜模和鏜桿決定鏜孔加工精度，而與機床主軸誤差無關(guān)。 6.4“就地加工”法 在加工和裝配中，有些精度問題涉及很多零件間的相互關(guān)系，相當復(fù)雜。我們就對這些重要表面在裝配前不進行精加工，待裝配之后，再對這些表面進行精加工。如平面磨床的工作臺面裝配后做“自磨自”的最終加工。 6.5誤差分組法 誤差分組法是先對配偶件進行逐一測量，并按一定的尺寸間隔分成相等數(shù)目的組，然后再按相應(yīng)的組進行配對。其實質(zhì)是用提高測量精度的方法來彌補加工精度的不足。 6.6誤差平均法 對配合精度要求很高的孔和軸，常采用研磨方法來得到。研具本身并不要求很高的精度，但它卻能在工件相對運動中對工件進行微量切削，最終達到很高的精度。這種表面間的相對研擦和磨損的過程，也是誤差相互比較和消除的過程，稱為誤差平均法。 6.7控制誤差法 從誤差性質(zhì)來看，常值系統(tǒng)性誤差比較容易解決。對于變值系統(tǒng)性誤差在生產(chǎn)中