影響機(jī)械加工精度的因素及其分析

1、影響機(jī)械加工精度的因素及其分析一、在機(jī)械加工中，把機(jī)床、夾具、刀具、工件構(gòu)成的一個封閉系統(tǒng)稱為工藝系統(tǒng)。 二、根據(jù)切削過程的物理本質(zhì)和工作階段， 可以把影響機(jī)械加工精度， 造成加工誤差的因素 分為三個方面：1加工前存在的誤差： （ 1）原理誤差：某些加工方法即存在著誤差；（2）機(jī)床、夾具、刀具本身的誤差；（3）工作、夾具、刀具調(diào)整時的誤差。2切削過程中物理因素所產(chǎn)生的誤差： （ 1）切削力和其它力使工藝系統(tǒng)發(fā)生變形；（2）切削熱和其他熱源使工藝系統(tǒng)發(fā)生變形。3切削后出現(xiàn)的誤差： （ 1）工件內(nèi)應(yīng)力重新分布而產(chǎn)生的變形；（2）測量工件時的測量誤差。這些誤差的產(chǎn)生的原因可以歸納為以下幾個方面：（

2、1）加工原理誤差（2）工藝系統(tǒng)的幾何誤差（3）工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差（4）工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差（5）工件內(nèi)應(yīng)力引起的加工誤差（6）測量誤差加工原理誤差加工原理誤差是指采用了近似的刀刃輪廓或近似的傳動關(guān)系進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。工藝系統(tǒng)的幾何誤差一、由于工藝系統(tǒng)中各組成環(huán)節(jié)的實(shí)際幾何參數(shù)和位置， 相對于理想幾何參數(shù)和位置發(fā)生偏 離而引起的誤差， 統(tǒng)稱為工藝系統(tǒng)幾何誤差。 工藝系統(tǒng)幾何誤差只與工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的幾何 要素有關(guān)。二、工藝系統(tǒng)的幾何誤差對加工誤差的影響 工藝系統(tǒng)的幾何誤差對加工誤差的影響主要體現(xiàn)在機(jī)床的幾何誤差對加工誤差的影響。 機(jī)床的幾何誤差是通過各種成形運(yùn)動反映到加工表面的，

3、機(jī)床的成形運(yùn)動主要包括兩大類， 即主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動和移動件的直線運(yùn)動。 因而分析機(jī)床的幾何誤差主要包括主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動 誤差、導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差和傳動鏈誤差。（一）主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動誤差 1主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動誤差是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對于理論回轉(zhuǎn)軸線的偏移。 2機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)軸線的誤差運(yùn)動，可以分解為：（1）軸向竄動：指瞬時回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線方向的軸向運(yùn)動 主要影響工件的的端面形狀和軸向尺寸精度。（2）徑向跳動：指瞬時回轉(zhuǎn)軸線平行于平均回轉(zhuǎn)軸線的徑向運(yùn)動量 主要影響加工工件的圓度和圓柱度。（3）角度擺動：指瞬時回轉(zhuǎn)軸線與平均回轉(zhuǎn)軸線成一傾斜角度作公轉(zhuǎn) 對工件的形狀精度影響很大，如車外圓時，會產(chǎn)生錐度。實(shí)際上，

4、 主軸回轉(zhuǎn)誤差的三種基本形式是同時存在的， 主軸回轉(zhuǎn)誤差運(yùn)動是這三種誤差的合 成運(yùn)動。3影響主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動誤差的主要因素有：主軸誤差、軸承誤差4提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施： （ 1）采用高精度的主軸部件（ 2）使主軸回轉(zhuǎn)的誤差不反映到工件上（二）機(jī)床導(dǎo)軌誤差 1機(jī)床導(dǎo)軌副是實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動的主要部件，其制造和裝配精度是影響直線運(yùn)動精度的主要 因素，導(dǎo)軌誤差對零件的加工精度產(chǎn)生直接的影響。2機(jī)床導(dǎo)軌誤差主要反映在以下幾個方面：（ 1）機(jī)床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差的影響（2）機(jī)床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差的影響 （3）機(jī)床導(dǎo)軌面間平行度誤差的影響（4）機(jī)床導(dǎo)軌對主軸軸心線平行度誤差的影響（三）機(jī)床的傳動誤差

5、為了減少機(jī)床傳動誤差對加工精度的影響，可以采用如下措施：（1）減少傳動鏈中的環(huán)節(jié)，縮短傳動鏈； （2）提高傳動副（特別是末端傳動副）的制造和裝配精度；（3）消除傳動間隙；（4）采用誤差校正機(jī)構(gòu) 工藝系統(tǒng)的其他幾何誤差： 刀具誤差、夾具誤差、調(diào)整誤差工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差一、工藝系統(tǒng)在切削力、 夾緊力、重力和慣性力等作用下會產(chǎn)生變形， 從而破壞了已調(diào)整好 的工藝系統(tǒng)各組成部分的相互位置關(guān)系，導(dǎo)致加工誤差的產(chǎn)生，并影響加工過程的穩(wěn)定性。 二、工藝系統(tǒng)受力變形對加工誤差的影響（一）概念：由機(jī)床、夾具、刀具、工件組成的工藝系統(tǒng)，在切削力、傳動力、慣性力、夾 緊力以及重力等的作用下，會產(chǎn)生相應(yīng)的變形

6、（彈性變形及塑性變形） 。這種變形將破壞工 藝系統(tǒng)間已調(diào)整好的正確位置關(guān)系，從而產(chǎn)生加工誤差。 （例如車削細(xì)長軸時，工件在切削 力作用下的彎曲變形，加工后會形成腰鼓形的圓柱度誤差）（二）切削加工中工藝系統(tǒng)在各種外力作用下， 將在各個受力方向上產(chǎn)生相應(yīng)的變形。 工藝 系統(tǒng)受力變形，主要是對加工精度影響最大的敏感方向，即通過刀尖的加工表面的法線方 向的位移。1工藝系統(tǒng)的剛度kxt定義為：零件加工表面法向分力Fy，與刀具在切削力作用下，相對工件在該方向的位移 Yxt 的比值，即 kxt = Fy / Yxt工藝系統(tǒng)的總變形量應(yīng)是：Yxt = Yjc + Ydj + Yjj + Yg （矢量和）而 k

7、xt =Fy/Y xtkjc =Fy/Yjckdj =Fy/Y djkjj=Fy/Yjjkg =F y/Yg式中：Yxt 工藝系統(tǒng)的總變形量（mm）； kxt工藝系統(tǒng)的總剛度（N/mm）；Yjc機(jī)床變形量（mm）；kjc機(jī)床剛度（N/mm）；Ydj刀具變形量（mm）；kdj刀具剛度（N/mm）；Yjj夾具變形量（mm）；kjj夾具剛度（N/mm）；Yg工件變形量（mm）；kg工件剛度（N/mm ）。工藝系統(tǒng)剛度的一般式為：kxt= Fy/（Y jc + Ydj + Yjj + Yg）因此，當(dāng)知道工藝系統(tǒng)各個組成部分的變形后，即可求出系統(tǒng)剛度。（三）工藝系統(tǒng)受力變形引起加工誤差的原因1.由于切削

8、力著力點(diǎn)位置變化引起的工件形狀誤差 例如：（1）在車床兩頂尖間車削短粗的軸，工藝系統(tǒng)的變形完全取決于頭架、尾座（包括頂 尖）和刀架的變形。（2）在車床兩頂尖間車削細(xì)長軸，工藝系統(tǒng)的變形完全取決于工件的變形。 2由于切削力變化而引起的加工誤差在切削加工中， 往往由于被加工表面的幾何形狀誤差引起切削力的變化， 從而造成工件的加 工誤差。當(dāng)毛坯的誤差較大，一次走刀不能滿足加工精度要求時，需要多次走刀來消除Am復(fù)映到工件上的誤差。3其它力引起的加工誤差：慣性力、傳動力、重力、夾緊力（三爪卡盤夾緊薄壁套筒車孔， 需在套筒外面加上一個厚壁的開口過渡套，或采用專用夾頭，使夾緊力均勻分布在套筒上）（四）減少工

9、藝系統(tǒng)受力變形的主要措施1提高接觸剛度； 2提高工件剛度，減少受力變形 3提高機(jī)床部件剛度，減少受力變形 4合理裝夾工件，減少夾緊變形工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差一、在加工過程中， 由于受切削熱、 摩擦熱以及工作場地周圍熱源的影響， 工藝系統(tǒng)的溫度 會產(chǎn)生復(fù)雜的變化。 在各種熱源的作用下， 工藝系統(tǒng)會發(fā)生變形， 導(dǎo)致改變系統(tǒng)中各組成部 分的正確相對位置，導(dǎo)致加工誤差的產(chǎn)生。二、工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響（一）概述：在機(jī)械加工過程中，工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下，常產(chǎn)生復(fù)雜的變形，破壞 了工藝系統(tǒng)間的相對位置精度， 造成了加工誤差。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在某些精密加工中，由于熱變形 引起的加工誤差約占總加工

10、誤差的 40%70%。熱變形不僅降低了系統(tǒng)的加工精度，而且 還影響了加工效率的提高。（二）工藝系統(tǒng)的熱源 引起工藝系統(tǒng)熱變形的熱源大致可分為兩類：內(nèi)部熱源和外部熱源。 內(nèi)部熱源包括切削熱和摩擦熱； 外部熱源包括環(huán)境溫度和輻射熱。 切削熱和摩擦熱是工藝系 統(tǒng)的主要熱源。（三）工藝系統(tǒng)的熱平衡工件內(nèi)應(yīng)力引起的加工誤差一內(nèi)應(yīng)力是工件自身的誤差因素。 工件冷熱加工后會產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力。 通常情況下內(nèi)應(yīng) 力處于平衡狀態(tài)，但對具有內(nèi)應(yīng)力的工件進(jìn)行加工時，工件原有的內(nèi)應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞， 從而使工件產(chǎn)生變形。二、工件內(nèi)應(yīng)力引起的加工誤差（一） 零件在沒有外加載荷的情況下， 仍然殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力稱內(nèi)應(yīng)力或

11、殘余應(yīng)力。工件在鑄造、 鍛造及切削加工后， 內(nèi)部會存在的各種內(nèi)應(yīng)力。 零件內(nèi)應(yīng)力的重新分布不僅影響 零件的加工精度， 而且對裝配精度也有很大的影響。 內(nèi)應(yīng)力存在于工件的內(nèi)部， 而且其存在 和分布情況相當(dāng)復(fù)雜 .1毛坯的內(nèi)應(yīng)力：鑄、鍛、焊等毛坯在生產(chǎn)過程中，由于工件各部分的厚薄不均，冷卻速 度不均勻而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。2冷校直引起的內(nèi)應(yīng)力：細(xì)長的軸類零件，如光杠、絲杠、曲軸、凸輪軸等在加工和運(yùn)輸 中很容易產(chǎn)生彎曲變形， 因此， 大多數(shù)在加工中安排冷校直工序， 這種方法簡單方便， 但會 帶來內(nèi)應(yīng)力，引起工件變形而影響加工精度。目前已不采用。3工件切削時的內(nèi)應(yīng)力 （二）減少或消除內(nèi)應(yīng)力的措施 1合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu) 2采取時效處理（1）自然時效：在毛坯制造之后，或粗、精加工之間，讓工件停留一段時間，利用溫度的 自然變化， 經(jīng)過多次熱脹冷縮， 使工件的內(nèi)應(yīng)力逐漸消除。這種方法效果好，但需要時間長 （一般要半年至五年 ）。（2）人工時效：將工件放在爐內(nèi)加熱到一定溫度，再隨爐冷卻以達(dá)到消除應(yīng)力的目的。這 種方法對大型零件需要一套很大的設(shè)備，其投資和能源消耗較大。（ 3）振動