第十四 機(jī)械加工精度

1、第十四章 機(jī)械加工精度教學(xué)要求與目的：教學(xué)要求與目的： 通過本章的學(xué)習(xí)，要求同學(xué)們了解和掌握加工誤差的組成及學(xué)會分析誤差的產(chǎn)生原因，便于今后在實(shí)際工作中，發(fā)現(xiàn)和查找誤差產(chǎn)生的原因，提高解決問題的能力。教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容： 1、加工誤差的組成； 2、工藝系統(tǒng)的幾何誤差； 3、定位誤差的分析與計(jì)算； 4、工藝系統(tǒng)的受力變形誤差； 5、工藝系統(tǒng)的熱變形誤差； 6、工件內(nèi)應(yīng)力造成的誤差； 7、加工誤差綜合分析簡介；教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)： 2、3、4、5、6項(xiàng)第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械加工精度概述機(jī)械加工精度概述 機(jī)械加工精度是指零件加工后實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀、位置）與理想幾何參數(shù)之間的符合程度。實(shí)際幾何參數(shù)

2、與理想幾何參數(shù)之間的偏差稱為加工誤差。誤差小，精度高。一、零件加工精度的構(gòu)成 零件的加工精度包括表面自身精度與表面之間的精度 1.尺寸精度 在機(jī)械加工中存在著許多產(chǎn)生誤差的因素，它是不可避免的關(guān)鍵是如何設(shè)法使加工誤差控制在偏差范圍內(nèi)。 加工誤差：是指零件加工后實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、幾何形狀和相互位置）與理想幾何參數(shù)之間的偏差。 工藝系統(tǒng)誤差：在切削過程中，刀具與工件相對運(yùn)動以及受力受熱變形引起的加工誤差。一、誤差的分類：一、誤差的分類： 系統(tǒng)誤差：誤差的大小與方向均已掌握，可以用代數(shù)和來進(jìn) 行綜合。如近似加工原理、刀具近似形狀造成的。 隨機(jī)誤差：誤差的大小和方向無規(guī)律變化，它不能用代數(shù)和 來進(jìn)行

3、綜合。如內(nèi)應(yīng)力引起工件變形造成的。 從工藝因素來考慮，加工誤差可分為： 1、加工原理誤差： 由于采用近似的加工方法所產(chǎn)生的誤差。它包括成形運(yùn)動、近似刀具輪廓等。2、工藝系統(tǒng)的幾何誤差： 工藝系統(tǒng)中各組成環(huán)節(jié)實(shí)際幾何參數(shù)和位置偏離理論值。3、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差： 工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力等作用下產(chǎn)生變形，導(dǎo)致加工誤差。4、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差： 工藝系統(tǒng)在切削熱，摩擦熱作用下系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差5、工件內(nèi)應(yīng)力引起的加工誤差： 工件通過冷熱加工后產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力，要達(dá)到 平衡狀態(tài)破壞原有的平衡而造成的誤差；6、測量誤差： 由于測量的方法、量具的精度造成的誤差；二、原始誤差與加工

4、誤差的關(guān)系：二、原始誤差與加工誤差的關(guān)系： 工藝系統(tǒng)幾何誤差和其它因素引起的變形誤差，都會導(dǎo)致加工誤差如圖：13.2 工藝系統(tǒng)的幾何誤差 工藝系統(tǒng)的幾何誤差主要是指機(jī)床、刀具和夾具本身制造 時(shí)所產(chǎn)生的誤差。一、機(jī)床的幾何誤差：一、機(jī)床的幾何誤差： 機(jī)床的幾何誤差是指主軸的回轉(zhuǎn)誤差，導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差和傳動鏈誤差。1、主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動誤差： 是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對其平均回轉(zhuǎn)軸線的變動量。 機(jī)床主軸是用來裝夾工件或刀具，并將運(yùn)動和動力傳給工件或刀具的重要零件，主軸回轉(zhuǎn)誤差將直接影響被加工工件的形狀精度和位置精度。 主軸回轉(zhuǎn)誤差分解為徑向圓跳動、軸向圓跳動和角度擺動三種不同形式的誤差。（1）徑向圓跳動：是

5、主軸回轉(zhuǎn)軸線相對于平均回轉(zhuǎn)軸線在徑向的變動量。車外圓時(shí)它使加工面產(chǎn)生圓度和圓柱度誤差 。 產(chǎn)生徑向誤差的主要原因有： 主軸支承軸頸的圓度誤差、軸承工作表面的圓度誤差等。 （2）軸向圓跳動：是主軸回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線方向的變動量。 車端面時(shí)它使工件端面產(chǎn)生垂直度、平面度誤差。產(chǎn)生軸向圓跳動的原因是主軸軸肩端面和推力軸承承載端面對主軸回轉(zhuǎn)軸線有垂直度誤差。 （3）角度擺動：主軸回轉(zhuǎn)軸線相對平均回轉(zhuǎn)軸線成一傾斜角度的運(yùn)動。車削時(shí)，它使加工表面產(chǎn)生圓柱度誤差和端面的形狀誤差。(1)影響主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動誤差的因素： 由于主軸部件在制造、裝配、使用中的各種因素影響，如軸徑的誤差、軸承的誤差、軸承的間隙、與軸

6、承配合的零件的誤差及熱變形等。 采用滑動軸承支承：主軸徑和軸承孔的圓度誤差對主軸回轉(zhuǎn)精度有直接影響。 采用滾動軸承時(shí)：內(nèi)外環(huán)滾道形狀誤差引起的軸向和徑向跳動。 采用其它的軸承同樣會造成誤差的。 凡是與主軸相關(guān)的零件都會影響它的回轉(zhuǎn)精度，如軸頸同軸度會造成主軸角向漂移；軸承定位端面與軸心線的垂直度誤差、軸承端面之間的平行度誤差等都會引起主軸的軸向竄動。(2)提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施： 采用高精度的主軸部件 提高主軸軸承的精度和剛度，選擇D、C級軸承；當(dāng)選滑動軸承時(shí)，一般選靜壓或動靜壓滑動軸承。 消除主軸回轉(zhuǎn)的誤差對工件加工精度的影響。2 2、機(jī)床導(dǎo)軌誤差：、機(jī)床導(dǎo)軌誤差： 導(dǎo)軌是機(jī)床各部件運(yùn)動的基

7、準(zhǔn)，對于進(jìn)給運(yùn)動是直線運(yùn)動的機(jī)床，直線度（水平、垂直方向）、平面度影響最大。 1）導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的誤差 導(dǎo)軌在水平面內(nèi)誤差恰好是車削外圓加工誤差的敏感方向，如圖如圖13.513.5。其誤差將11地反映到工件上。加工外圓時(shí)，導(dǎo)軌的直線度誤差會引起工件圓柱度誤差和外圓母線的直線度誤差，另外導(dǎo)軌對主軸軸線的平行度誤差會使加工后的工件產(chǎn)生錐度誤差。如圖如圖13.613.62）導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的誤差： 如圖圖13.5a13.5a所示，設(shè)導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差造成刀具在垂直方向位移z，由此造成的工件半徑誤差為： R 很小可以忽略不計(jì)，導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)對主軸軸線的平行度誤差會使工件的外圓產(chǎn)生圓柱度誤差，但其

8、量值也很小，但對平面磨床、龍門磨床和銑床等將引起工件相對砂輪或刀具的法向位移，其誤差將直接反映到被加工表面，造成形狀誤差。 機(jī)床的安裝及地基情況對導(dǎo)軌的精度影響也很大，由于安裝水平或地基不牢，造成機(jī)床下陷，也會破壞導(dǎo)軌原有的精度。3、機(jī)床傳動鏈誤差： 為提高傳動系統(tǒng)精度，一般采用提高裝配精度、縮短傳動鏈采用降速傳動等措施。RZR2/2二、工藝系統(tǒng)的其它幾何誤差：二、工藝系統(tǒng)的其它幾何誤差： 1、刀具誤差： 刀具誤差包括刀具的制造、磨損及安裝誤差等。一般刀具對加工精度沒有直接影響，但對于成形刀具、定尺寸刀具則直接影響。 2、夾具誤差： 夾具誤差包括定位誤差、夾緊誤差、夾具安裝誤差及對刀誤差等；不

9、僅要控制夾具元件的制造精度，同時(shí)還考慮定位元件的磨損引起的誤差。 3、調(diào)整誤差： 切削加工時(shí)通過檢測的結(jié)果調(diào)整刀具、夾具、工件相對位置時(shí)，由于量具的制造誤差、測量方法以及主客觀因素的都會造成加工誤差。 利用調(diào)整法加工時(shí)，行程擋塊的制造精度、剛度以及與之相配的電器元件的靈敏度都會引起加工誤差的。13.3 定位誤差一、定位誤差的概念與計(jì)算：一、定位誤差的概念與計(jì)算： 定位誤差：由于工件在夾具上定位不準(zhǔn)而造成的加工誤差。它包括基準(zhǔn)位移誤差和基準(zhǔn)不重合誤差，其實(shí)質(zhì)是工序基準(zhǔn)在加工方向上的最大變動量。 1、基準(zhǔn)位移誤差：、基準(zhǔn)位移誤差： 定位基準(zhǔn)相對其理想位置的最大變動量。用Y表示， 如圖如圖13.71

10、3.7，在圓柱面上銑鍵槽，心軸定位，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合。其位移誤差為： 從上式可以看出基準(zhǔn)位移誤差是由定位副制造誤差造成。222222minmaxminmaxmaxminminmax2121dDYTTddDDdDdDOOOOOO2 2、基準(zhǔn)不重合誤差：、基準(zhǔn)不重合誤差： 由于定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合而造成的加工誤差，用B表示。如圖如圖13.813.8：銑削槽時(shí)，保證B尺寸，B尺寸的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為D面，而定位基準(zhǔn)為F面，所以B=2L 綜上所述：可得下列結(jié)論：綜上所述：可得下列結(jié)論： 定位誤差 只產(chǎn)生在調(diào)整法加工一批工件中，試切法加工，不存在； 定位誤差 產(chǎn)生的原因是工件的制造誤差和定位元件的制造

11、誤差，兩者的配合間隙及工序尺寸與定位尺寸不重合等； 一般情況下， 定位誤差由Y和B組成 ，但并不是兩種誤差同時(shí)存在，當(dāng)基準(zhǔn)重合時(shí)B=0，當(dāng)定位無變動時(shí)Y=0。 當(dāng)工序基準(zhǔn)不在定位基面上時(shí)，=Y Y+B B；當(dāng)工序基準(zhǔn)在定位面上，=Y YB B，若基準(zhǔn)位移與不重合引起的加工尺寸變化方向相同時(shí)取“+”反之取“-”。二、幾種典型表面的定位誤差：二、幾種典型表面的定位誤差：1 1、工件以平面定位：、工件以平面定位： 以平面定位時(shí)，其誤差主要基準(zhǔn)不重合發(fā)而引起的，位移誤差由平面度引起，該誤差較小，可以忽略不計(jì)。2 2、工件以圓孔定位：、工件以圓孔定位： 圓孔定位時(shí)，其誤差主要是由工件圓孔的精度，以及定位

12、元件放置形式、配合性質(zhì)、基準(zhǔn)重合與否有關(guān)。3 3、工件以外圓定位：、工件以外圓定位： 常見的定位元件有定位套、支承板、V形塊等。如圖如圖13.913.9 工序尺寸為工序尺寸為A A1 1： 工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，所以只有基準(zhǔn)位移誤差，而沒有基準(zhǔn)不重合誤差。定位誤差為：2sin2dYD工序尺寸為工序尺寸為A2A2： 工序基準(zhǔn)為下母線，定位基準(zhǔn)為圓心，不重合B0。=YB，符號的確定：當(dāng)定位基面直徑由大變小時(shí)，定位基準(zhǔn)朝下運(yùn)動，使A2變大，當(dāng)定位基面直徑由小變大時(shí)；假定定位基準(zhǔn)不動，工序基準(zhǔn)相對于定位基準(zhǔn)向上運(yùn)動，使A2變小。兩者變動方向相反，所以有： 工序尺寸為工序尺寸為A A3 3時(shí)時(shí)：與A2

13、相反如下：4 4、工件以表面組合定位：、工件以表面組合定位： 實(shí)際工作中，加工箱體時(shí)，采用一面兩銷定位，即大平面與相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)孔組合定位。12sin12dD12sin12dBYD尺寸方向與位置尺寸方向與位置加工尺寸加工尺寸計(jì)算公式計(jì)算公式水平尺寸，任意位置B1、B2、B3Y=X1max垂直尺寸，在O1、O2上A2A4Y=X1mxaY=X2max 在O1、O2之間垂直尺寸A3Y=X1max+2B2tan在O1、O2之間垂直尺寸A1 A5Y=X1max+2B1tanY=X2max+2B3tan aXDb2/min2min2 削邊銷的尺寸計(jì)算如下式：13.4 工藝系統(tǒng)的受力變形誤差一、概述：一、概

14、述： 工藝系統(tǒng)是由多個(gè)環(huán)節(jié)組成 ，每一個(gè)環(huán)節(jié)在外力作用下發(fā)生彈性變形和部件接觸之間間隙造成了刀具與工件相對位置變化誤差。如圖如圖13.1013.10： 工藝系統(tǒng)抵抗變形的能力越大，工藝系統(tǒng)的變形就越小。 工藝系統(tǒng)抵抗變形的能力稱為工藝系統(tǒng)剛度： Fp切削力沿加工表面法線方向的分力； yxt工藝系統(tǒng)在總切削力作用下加工表面法線方向的變形。 切削時(shí)機(jī)床的有關(guān)零部件、夾具、刀具和工件在切削力的作用下都會產(chǎn)生不同程度的變形，工藝系統(tǒng)在某處法向總變形量為各個(gè)組成部分在該處的法向變形疊加。xtpxtyFk即總變形量為：即總變形量為： yxt=yjc+ydj+yjj+ygj各部分的剛度為： yjc機(jī)床的變形

15、量，mm kjc機(jī)床的剛度N/mm ydj刀架的變形量; mm kdj刀架的剛度；N/mm yjj夾具的變形量；mm kjj夾具的剛度；N/mm ygj工件的變形量；mm kgj工件的剛度；N/mmgjjjdjjcxtgjpgjjjpjjdjpdjjcpjcxtpxtkkkkkyFkyFkyFkyFkyFk11111;二、工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差：二、工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差： 切削時(shí)，刀具相對于工件的位置在不斷的變化，所以作用力的大小及作用點(diǎn)的位置總是變化的。1、切削力大小變化引起的加工誤差： 由于吃刀深度和工件表面硬度的變化，切削力也在不斷的變化，加工時(shí)容易將毛坯的誤差反復(fù)到工

16、件表面上，這種現(xiàn)象叫誤差的復(fù)映。 毛坯的誤差為m ，每次走刀的復(fù)映誤差，所以工件的誤差為：gj=m 由于y總小于ap，即總是小于1，它反映了毛坯誤差經(jīng)過加工后的減小程度。與工藝系統(tǒng)的剛度成反比，與切削力Fx的系數(shù)成正比，要減小工件的復(fù)映誤差，可通過增加工藝系統(tǒng)的剛度或減小徑向切削力的系數(shù)。 如果毛坯誤差太大，要經(jīng)過多次時(shí)，則總誤差為： gj=1*2*nm2 2、切削力作用點(diǎn)位置變化引起的加工誤差：、切削力作用點(diǎn)位置變化引起的加工誤差： （1）切削過程中受力點(diǎn)位置變化引起的工件形狀誤差 如車削外圓表面（短軸、長軸）時(shí)，變形誤差的形式不一樣。加工短軸時(shí)與工藝系統(tǒng)的剛度有關(guān)如上式中當(dāng)Z=L時(shí)最大值，

17、Z=0最小，計(jì)算出的差值為圓柱度誤差。 (2)車削細(xì)長軸時(shí) 工藝系統(tǒng)的剛度可以忽略不小，它比工件的剛度大許多，那么工藝系統(tǒng)的位移誤差完全取決于工件的變形量如下：22111LzkLzLkkFyyywztjdjXdjzxtLzzLEIFyXw2233、其它力引起的加工誤差：由慣性力引起的加工誤差：如圖它可能造成圓度誤差：由傳動力引起的加工誤差 同樣造成圓度誤差；由夾緊力引起的加工誤差； 由重力引起的加工差；三、工藝系統(tǒng)中部件的受力變形：三、工藝系統(tǒng)中部件的受力變形： 工藝系統(tǒng)的變形是由各個(gè)部件的變形綜合。影響的因素有： 1、連接表面的接觸變形；受表面粗糙度、形狀誤差的影響； 2、低剛度零件的自身變

18、形； 3、間隙的影響；四、減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施：四、減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施： 1、提高接觸剛度； 2、設(shè)置輔助支承，提高局部剛度； 3、采用合理的裝夾方法； 4、采用補(bǔ)償或轉(zhuǎn)移變形的方法；13.5 工藝系統(tǒng)的熱變形誤差 在切削加工過程中，產(chǎn)生大量的熱量，使工藝系統(tǒng)溫度升高導(dǎo)致產(chǎn)生熱變形，從而引起加工誤差，特別是精加工時(shí)，比較明顯。總加工誤差的40%70%是由于溫度的變化而引起的。 工藝系統(tǒng)的熱源可分為內(nèi)部熱源和外部熱源兩大類。內(nèi)部熱源是切削熱、摩擦熱等；外部熱源是環(huán)境熱源和輻射熱源。 一、機(jī)床熱變形引起的加工誤差：一、機(jī)床熱變形引起的加工誤差： 機(jī)床在運(yùn)轉(zhuǎn)和加工過程中，由于內(nèi)外熱源的

19、影響，溫度升高各部件的變形不一，這樣使機(jī)床原有的幾何精度遭到破壞，從而造成加工誤差。二、工件熱變形對加工精度的影響：二、工件熱變形對加工精度的影響： 1、工件均勻受熱；影響尺寸精度和圓柱度誤差； 2、工件不均勻受熱：主要是加工平面、薄壁零件； T上下溫差 L、H工件長度與厚度 工件熱膨脹系數(shù) HLT82三、刀具熱變形的影響：三、刀具熱變形的影響： 刀具產(chǎn)生熱變形的熱源主要是切削熱。切削熱傳入刀具的比例雖然不大（車削時(shí)約為5左右），但由于刀具體積小，熱容量小，所以刀具切削部分的溫升仍較高。 粗加工時(shí)，刀具熱變形對加工精度的影響一般可以忽略不計(jì)對于加工要求較高的零件，刀具熱變形對加工精度的影響較大

20、，將使加工表面產(chǎn)生尺寸誤差或形狀誤差。四、減小熱變形的主要措施：四、減小熱變形的主要措施： 1、減小工藝系統(tǒng)熱源的發(fā)熱： 盡可能分離出去的熱源；在相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取措施改善摩擦條件；向切削區(qū)加注冷卻潤滑液，可減少切削熱對工藝系統(tǒng)熱變形的影響。 2、保持工藝系統(tǒng)的熱平衡： 在切削加工之前，先對機(jī)床進(jìn)行預(yù)熱，達(dá)到熱平衡后再加工。 3、控制環(huán)境溫度： 保證車間環(huán)境溫度，特別是對精密、超精密機(jī)床更為重要。13.6 工件內(nèi)應(yīng)力造成的誤差 內(nèi)應(yīng)力是指在沒有外力作用下或去除外力后工件殘存的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力具有不穩(wěn)定狀態(tài)，常溫下容易失去原有的狀態(tài)，引起內(nèi)應(yīng)力重新分布，產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力誤差。一、產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的原因：一、產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的原因： 1、毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力： 2、工件冷校直時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力：二、減小和消除內(nèi)應(yīng)力的工藝措施：二、減小和消除內(nèi)應(yīng)力的工藝措施： 1、合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)； 設(shè)計(jì)時(shí)盡量簡化零件的結(jié)構(gòu)，使壁厚均勻，提高零件的剛度等。 2、合理安排工藝過程； 加工時(shí)盡量將粗、精分開，有利于精加工時(shí)修正誤差。 3、對工件進(jìn)行熱處理和時(shí)效處理； 退火、正火、時(shí)效均可以消除內(nèi)應(yīng)力。13.7 加工誤差綜合分析簡介 加工誤差產(chǎn)生的因素是錯(cuò)綜復(fù)雜的，很難用某種原因說明，必須運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的