現(xiàn)代過程裝備制造技術(shù)-10機械加工精度

1、10 機械加工精度(jn d)共五十四頁10.1 概述10.2 工藝(gngy)系統(tǒng)的幾何誤差10.3 工藝系統(tǒng)的受力變形10.4 工藝系統(tǒng)的熱變形10.5 工藝殘余應(yīng)力引起的變形共五十四頁10.1 概述(i sh) 通常形狀誤差限制(xinzh)在位置公差內(nèi) ，位置公差限制(xinzh)在尺寸公差內(nèi)表面粗糙度波度紋理方向傷痕（劃痕、裂紋、砂眼等）加工精度表面質(zhì)量表面幾何形狀精度表面缺陷層表層加工硬化表層金相組織變化表層殘余應(yīng)力尺寸精度形狀精度位置精度共五十四頁10.1 概述(i sh)加工精度(jn d)：零件加工后實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)（尺寸、形狀和表面間的相互位置）符合程度。加工誤差

2、：零件的實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏差。兩者關(guān)系：從不同角度來評定加工零件的幾何參數(shù)。加工精度的高低是由加工誤差的小大來表示的，保證和提高加工精度問題，實際上是限制和降低加工誤差問題。共五十四頁10.1 概述(i sh)尺寸精度：限制加工表面與其基準間尺寸誤差(wch)不超過一定的范圍；幾何形狀精度：限制加工表面宏觀幾何形狀誤差，如圓度、圓柱度、平面度、直線度等；共五十四頁10.1 概述(i sh)相互位置精度：限制加工表面與其基準面的相互位置誤差，如平行(pngxng)度、垂直度、同軸度、位置度等。尺寸精度、形狀精度和位置精度的關(guān)系：通常形狀公差限制在位置公差內(nèi)，而位置誤差一般限制在尺寸公

3、差之內(nèi)。當尺寸精度要求高時，相應(yīng)的位置精度、形狀精度也要求高。但形狀精度或位置精度要求高時，相應(yīng)的尺寸精度不一定要求高，這要根據(jù)零件的功能要求來決定。 共五十四頁10.1 概述(i sh)機械加工工藝系統(tǒng)在機械加工時，機床、刀具，夾具和工件(gngjin)構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，為工藝系統(tǒng)。 原始誤差工藝系統(tǒng)中凡是直接引起加工誤差的因素都稱為原始誤差。共五十四頁（幾何(j h)誤差）共五十四頁10.2 工藝系統(tǒng)的幾何(j h)誤差10.2.1 原理誤差(wch)10.2.2 機床的幾何誤差10.2.3 裝夾誤差和夾具誤差10.2.4 刀具誤差10.2.5 調(diào)整誤差共五十四頁10.2.1 原理(yu

4、nl)誤差原理誤差是由于采用了近似的成形運動(yndng)或近似的刀刃輪廓而產(chǎn)生的。原理誤差多出現(xiàn)于螺紋、齒輪等復(fù)雜曲面加工；應(yīng)用近似加工，在理論誤差可以滿足加工精度要求的前提下(10%-15%尺寸公差)，是提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟性的有效工藝方法。共五十四頁10.2.2 機床(jchung)的幾何誤差機床的幾何誤差通過成形運動反映到工件表面上。成形運動大部分由回轉(zhuǎn)(huzhun)運動和直線運動所組成。主軸誤差導(dǎo)軌誤差傳動鍵誤差“誤差敏感方向”共五十四頁10.2.2 機床(jchung)的幾何誤差誤差敏感(mngn)方向共五十四頁共五十四頁10.2.2 機床的幾何(j h)誤差主軸誤差主軸回轉(zhuǎn)精度是指

5、主軸的實際回轉(zhuǎn)軸線相對其理想回轉(zhuǎn)軸線的在誤差敏感(mngn)方向上的最大變動量。主軸理想回轉(zhuǎn)軸線認為是主軸的瞬時幾何軸線的平均回轉(zhuǎn)軸線。共五十四頁10.2.2 機床(jchung)的幾何誤差軸向竄動、徑向跳動和傾角(qngjio)擺動共五十四頁10.2.2 機床的幾何(j h)誤差影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素滑動軸承(hu dn zhu chn)工件回轉(zhuǎn)類機床：如車床切削力及誤差敏感方向不變，軸徑不圓引起主軸徑向跳動刀具回轉(zhuǎn)類機床：如鏜床切削力及誤差敏感方向隨主軸回轉(zhuǎn)而相應(yīng)變化，軸承孔不圓引起主軸徑向跳動共五十四頁10.2.2 機床的幾何(j h)誤差影響主軸回轉(zhuǎn)(huzhun)精度的主要因素滾

6、動軸承主要受軸承內(nèi)外環(huán)滾道的圓度、坡度、滾動體尺寸誤差等影響提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施提高主軸部件的精度對滾動軸承選擇裝配，通過調(diào)節(jié)使誤差相互抵消或補償使主軸的回轉(zhuǎn)誤差不反映到工件上去共五十四頁10.2.2 機床的幾何(j h)誤差導(dǎo)軌誤差水平面內(nèi)的直線度誤差（彎曲）垂直平面內(nèi)的直線度誤差（彎曲）前后(qinhu)導(dǎo)軌之間的平行度誤差（扭曲）水平面內(nèi)的直線度誤差（彎曲）車削、磨削時，為誤差敏感方向，引起圓柱度誤差共五十四頁10.2.2 機床的幾何(j h)誤差垂直(chuzh)平面內(nèi)的直線度誤差（彎曲）車削、磨削時，為非誤差敏感方向，對加工精度影響很小刨削、平面磨削時，為誤差敏感方向，引起平面度或

7、直線度誤差共五十四頁10.2.2 機床的幾何(j h)誤差前后導(dǎo)軌之間的平行度誤差（扭曲）兩導(dǎo)軌不平行對加工精度(jn d)的影響較大，引起工件的形狀誤差（鞍形、鼓形、錐形等）Ry=H/B一般車床中H 2/3 B外圓磨床H B安裝水平的調(diào)整及時修復(fù)磨損共五十四頁10.2.2 機床(jchung)的幾何誤差傳動鍵誤差在加工齒輪、蝸輪蝸桿、螺紋及絲桿等零件的傳動表面時，一般通過機床的范成運動來完成。這種運動是由機床傳動系統(tǒng)中有關(guān)傳動鏈來實現(xiàn)的。傳動鏈的首末兩端傳動元件(yunjin)之間相對運動的誤差即傳動鍵誤差。減少傳動鏈誤差措施減少傳動鏈中的元件數(shù)，即縮短傳動鏈；提高傳動元件，特別是終端傳動元

8、件的制造和裝配精度；盡量減小傳動鏈中齒輪副或螺旋副中存在的傳動間隙；采用誤差補償辦法。共五十四頁10.2.2 機床的幾何(j h)誤差定程誤差是指工作臺從一個位置移動到另一個位置或者重復(fù)移動到規(guī)定的位置時，其實際移動位置相對于名義位置的偏移量。主要影響工件的尺寸精度和被加工(ji gng)表面間的位置精度。主要來源于機床的進給傳動機構(gòu)和定程裝置。共五十四頁10.2.3 裝夾誤差(wch)和夾具誤差(wch)裝夾誤差包含定位和夾緊(ji jn)產(chǎn)生的誤差。夾具誤差定位元件、導(dǎo)向元件、分度機構(gòu)和夾具體等的制造誤差；夾具裝配后各元件的相對位置誤差；夾具工作表面磨損產(chǎn)生的誤差。主要影響工件加工表面的位

9、置精度。共五十四頁10.2.4 刀具(doj)誤差刀具(doj)誤差主要為刀具(doj)的制造和磨損誤差。定尺寸刀具（鉆頭、絞刀、鍵槽銑刀、浮動鏜刀塊等）的尺寸誤差影響加工尺寸誤差；成形刀具和展成刀具形狀誤差影響加工形狀誤差。刀具磨損影響工件尺寸或形狀誤差。車刀后刀面磨損對加工尺寸影響刀具磨損過程共五十四頁10.2.5 調(diào)整(tiozhng)誤差調(diào)整誤差：由于調(diào)整不準確而產(chǎn)生的誤差。工藝系統(tǒng)調(diào)整方法試切法以試切、測量、調(diào)整、再試切的循環(huán)方法，得到刀具與工件的正確位置，以獲得加工表面的尺寸精度。影響因素：測量誤差；微進給機構(gòu)的位移誤差；切削層太薄引起(ynq)的誤差。特點：生產(chǎn)效率低，只適用單件

10、小批生產(chǎn)。調(diào)整法預(yù)先調(diào)整好刀具與工件的相對位置。影響因素：影響試切法的所有因素；定程機構(gòu)、樣件或樣板的誤差特點：生產(chǎn)效率高，大指量生產(chǎn)應(yīng)用較多。共五十四頁共五十四頁共五十四頁共五十四頁作業(yè)(zuy)1說明加工精度、加工誤差和公差的概念以及它們之間的區(qū)別。說明工藝系統(tǒng)的誤差的內(nèi)容。試分析采用滑動軸承(hu dn zhu chn)對車床加工的形狀誤差影響最大的因素。P303 10-5共五十四頁10.3 工藝系統(tǒng)(xtng)的受力變形10.3.1 基本概念10.3.2 工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響(yngxing)10.3.3 減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑共五十四頁10.3.1 基本概念工藝(gn

11、gy)系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)的剛度在誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所受外力與變形量之比。工藝系統(tǒng)的柔度共五十四頁10.3.1 基本概念工藝系統(tǒng)的法向總變形量工藝系統(tǒng)的剛度工藝系統(tǒng)剛度計算說明工件、刀具形狀簡單，其剛度可用材料力學公式計算機床部件、夾具等，其剛度多采用實驗方法確定計算時可適當(shdng)簡化（忽略變形小的部分）下標jc為機床(jchung)，jj為夾具，dj為刀具，g為工件。共五十四頁切削力作用點位置不同引起的誤差工件(gngjin)剛度很高，受力變形很小。工藝系統(tǒng)的總位移取決于機床頭、尾架和刀架的變形。10.3.2 工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度(jn d)的影響引起工件成鞍形共五十四頁1

12、0.3.2 工藝系統(tǒng)(xtng)受力變形對加工精度的影響切削力作用點位置不同引起的誤差工件(gngjin)剛度很低時，工藝系統(tǒng)的變形量取決于工件(gngjin)變形量的大小。一般情況下，機床、夾具、刀具和工件變形共同影響：引起工件成鼓形共五十四頁在毛坯材料硬度均勻，刀具幾何形狀(xngzhun)、切削條件和進給量一定的情況下，則 所以工藝系統(tǒng)變形量車削工件的圓度誤差為10.3.2 工藝系統(tǒng)受力變形(bin xng)對加工精度的影響誤差復(fù)映由于工藝系統(tǒng)受力變形，使毛坯誤差部分反映到工件上，此種現(xiàn)象稱為誤差復(fù)映。切削力共五十四頁10.3.2 工藝系統(tǒng)受力變形對加工(ji gng)精度的影響誤差(w

13、ch)復(fù)映誤差復(fù)映系數(shù)機械加工中，誤差復(fù)映系數(shù)通常小于1?？啥啻巫叩秮硐`差復(fù)映程度。誤差復(fù)映發(fā)生情況的討論毛坯的形狀誤差或相互位置誤差都會復(fù)映為工件的加工誤差；工藝系統(tǒng)剛度高時，只需在粗加工時考慮；批量生產(chǎn)中用調(diào)整法加工工件時，毛坯尺寸形狀差異較大或硬度不均，也會產(chǎn)生此類誤差。共五十四頁10.3.2 工藝系統(tǒng)受力變形對加工(ji gng)精度的影響其他作用力產(chǎn)生的加工(ji gng)誤差傳動力的影響0時，傳動力與切削力相反，使工件靠近刀具，工件被多切去，形成最小半徑； 180時，則相反。工件產(chǎn)生心形曲線的形狀誤差。離床頭越近，傳動力影響越大。解決：采用雙撥銷的撥盤傳動，使兩頭產(chǎn)生的傳動力互

14、相平衡，可避免此誤差。共五十四頁10.3.2 工藝系統(tǒng)受力變形(bin xng)對加工精度的影響其他作用力產(chǎn)生的加工誤差慣性力的影響旋轉(zhuǎn)的零部件不平衡會產(chǎn)生離心力，類似于傳動力，產(chǎn)生相近的誤差規(guī)律。解決：對重平衡，即在不平衡質(zhì)量的反向加裝重塊。夾緊力的影響當工件剛性很差時，夾緊方法(fngf)不當會引起棱圓狀的形狀誤差。解決：加開口過渡環(huán)，均布夾緊力。共五十四頁10.3.2 工藝系統(tǒng)受力變形(bin xng)對加工精度的影響其他作用力產(chǎn)生的加工誤差機床零部件和工件本身重量的影響產(chǎn)生平面度誤差、錐度誤差。解決：調(diào)整靠模板斜來補償；增加(zngji)支承。共五十四頁10.3.3 減小工藝(gngy

15、)系統(tǒng)受力變形的途徑提高工藝系統(tǒng)的剛度合理設(shè)計結(jié)構(gòu)盡可能減少壁厚，加大輪廓尺寸。設(shè)計大型零件(ln jin)時，力求做成四方壁的形式、截面封閉、少開孔。適當?shù)牟考鎏砀舭寤蚣訌娊睢Ｌ岣哌B接表面的接觸剛度降低連接表面的粗糙度和幾何形狀誤差；預(yù)加載荷，以消除配合面間的間隙，使一開始就有較大的實際接觸面積。共五十四頁10.3.3 減小工藝系統(tǒng)受力變形(bin xng)的途徑提高工藝系統(tǒng)的剛度設(shè)置輔助支承采用合理的裝夾和加工(ji gng)方式共五十四頁10.3.3 減小工藝系統(tǒng)受力變形(bin xng)的途徑轉(zhuǎn)移或補償彈性變形采取(ciq)適當?shù)墓に嚧胧┖侠磉x擇刀具的幾何參數(shù)和切削用量毛坯分組，使加

16、工余量均勻共五十四頁10.4 工藝(gngy)系統(tǒng)的熱變形10.4.1 概述(i sh)10.4.2 機床熱變形對加工精度的影響10.4.3 刀具熱變形對加工精度的影響10.4.4 工件熱變形對加工精度的影響10.4.5 減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑共五十四頁工藝系統(tǒng)(xtng)因溫度升高而產(chǎn)生變形，使工件和刀具之間的相對位置發(fā)生變化。熱變形引起的加工誤差占總誤差的50%，在精密加工中約占4070%。切削熱是刀具和工件熱變形的主要熱源；摩擦熱是機床熱變形的主要熱源。它們都會成為二次熱源。溫度場與工藝系統(tǒng)的熱平衡熱平衡：單位時間內(nèi)系統(tǒng)傳入熱量與傳出熱量相等穩(wěn)定溫度場、非穩(wěn)定溫度場10.4.1 概述(

17、i sh)工藝系統(tǒng)熱源內(nèi)部熱源外部熱源切削熱摩擦熱環(huán)境熱源輻射熱共五十四頁10.4.2 機床熱變形對加工(ji gng)精度的影響機床主要熱源(ryun)是空載功耗。車床的熱變形車床的主要熱源是主軸箱軸承的摩擦熱和主軸箱中油池的發(fā)熱。垂直方向安裝刀具的自動車床和轉(zhuǎn)塔車床，主軸箱熱變形對加工精度影響大。其它機床的熱變形共五十四頁共五十四頁10.4.3 刀具熱變形對加工(ji gng)精度的影響刀具的主要(zhyo)熱源是切削熱。刀具的體積和熱容量小，達到熱平衡時間較短。加工細長軸時，對工件的加工精度有明顯影響。車刀熱伸長量共五十四頁10.4.4 工件熱變形對加工(ji gng)精度的影響工件的主

18、要熱源是切削熱，對大型件或精密零件不能忽視外部熱源。工件受熱均勻主要影響尺寸(ch cun)精度。靠近主軸箱的工件直徑比靠近尾架的直徑小。對細長軸，受熱伸長大，兩端受頂尖限位而導(dǎo)致彎曲變形，產(chǎn)生圓柱度誤差。可采用液壓尾頂尖。工件受熱不均勻主要影響形狀精度。采用充足的切削液，減小溫度。共五十四頁10.4.5 減小工藝系統(tǒng)熱變形(bin xng)的途徑改進(gijn)機床結(jié)構(gòu)熱對稱結(jié)構(gòu)；分離內(nèi)部熱源；熱補償結(jié)構(gòu)采用非金屬材料合成花崗巖制作機床基礎(chǔ)部件；陶瓷制作精密零件強制冷卻，控制溫升設(shè)置人工輔助熱源，穩(wěn)定和提高熱態(tài)加工精度采用熱變形自動補償措施控制環(huán)境溫度恒溫共五十四頁10.5 工件(gngjin)殘余應(yīng)力引起的變形10.5.1 產(chǎn)生殘余應(yīng)力的主要(zhyo)原因10.5.2 減小殘余應(yīng)力及其所引起變形的