現(xiàn)代過程裝備制造技術-10機械加工精度

10機械加工精度10.1概述10.2工藝系統(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工藝殘余應力引起的變形10.1概述

通常形狀誤差限制在位置公差內(nèi)，位置公差限制在尺寸公差內(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力尺寸精度形狀精度位置精度10.1概述加工精度：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：零件的實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏差。兩者關系：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。10.1概述尺寸精度：限制加工表面與其基準間尺寸誤差不超過一定的范圍；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；10.1概述相互位置精度：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差之內(nèi)。當尺寸精度要求高時，相應的位置精度、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。10.1概述機械加工工藝系統(tǒng)在機械加工時，機床、刀具，夾具和工件構(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。（幾何誤差）10.2工藝系統(tǒng)的幾何誤差10.2.1原理誤差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10.2.1原理誤差原理誤差是由于采用了近似的成形運動或近似的刀刃輪廓而產(chǎn)生的。原理誤差多出現(xiàn)于螺紋、齒輪等復雜曲面加工；應用近似加工，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。10.2.2機床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)運動和直線運動所組成。主軸誤差導軌誤差傳動鍵誤差“誤差敏感方向”10.2.2機床的幾何誤差誤差敏感方向10.2.2機床的幾何誤差主軸誤差主軸回轉(zhuǎn)精度是指主軸的實際回轉(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。10.2.2機床的幾何誤差軸向竄動、徑向跳動和傾角擺動10.2.2機床的幾何誤差影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素滑動軸承工件回轉(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)而相應變化，軸承孔不圓引起主軸徑向跳動10.2.2機床的幾何誤差影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素滾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10.2.2機床的幾何誤差導軌誤差水平面內(nèi)的直線度誤差（彎曲）垂直平面內(nèi)的直線度誤差（彎曲）前后導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10.2.2機床的幾何誤差垂直平面內(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，引起平面度或直線度誤差10.2.2機床的幾何誤差前后導軌之間的平行度誤差（扭曲）兩導軌不平行對加工精度的影響較大，引起工件的形狀誤差（鞍形、鼓形、錐形等）ΔR≈Δy=HΔ/B一般車床中H≈2/3B外圓磨床H≈B安裝水平的調(diào)整及時修復磨損10.2.2機床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)中有關傳動鏈來實現(xiàn)的。傳動鏈的首末兩端傳動元件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。10.2.2機床的幾何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。10.2.3裝夾誤差和夾具誤差裝夾誤差包含定位和夾緊產(chǎn)生的誤差。夾具誤差定位元件、導向元件、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置精度。10.2.4刀具誤差刀具誤差主要為刀具的制造和磨損誤差。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10.2.5調(diào)整誤差調(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；切削層太薄引起的誤差。特點：生產(chǎn)效率低，只適用單件小批生產(chǎn)。調(diào)整法預先調(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)應用較多。作業(yè)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對車床加工的形狀誤差影響最大的因素。P30310-510.3工藝系統(tǒng)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10.3.3減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑10.3.1基本概念工藝系統(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簡化（忽略變形小的部分）下標jc為機床，jj為夾具，dj為刀具，g為工件。切削力作用點位置不同引起的誤差工件剛度很高，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的影響引起工件成鞍形10.3.2工藝系統(tǒng)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剛度很低時，工藝系統(tǒng)的變形量取決于工件變形量的大小。一般情況下，機床、夾具、刀具和工件變形共同影響：引起工件成鼓形在毛坯材料硬度均勻，刀具幾何形狀、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)受力變形對加工精度的影響誤差復映由于工藝系統(tǒng)受力變形，使毛坯誤差部分反映到工件上，此種現(xiàn)象稱為誤差復映。切削力10.3.2工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響誤差復映誤差復映系數(shù)機械加工中，誤差復映系數(shù)通常小于1?？啥啻巫叩秮硐`差復映程度。誤差復映發(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。10.3.2工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響其他作用力產(chǎn)生的加工誤差傳動力的影響α＝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；α＝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)生的傳動力互相平衡，可避免此誤差。10.3.2工藝系統(tǒng)受力變形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。10.3.2工藝系統(tǒng)受力變形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；增加支承。10.3.3減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑提高工藝系統(tǒng)的剛度合理設計結(jié)構(gòu)盡可能減少壁厚，加大輪廓尺寸。設計大型零件時，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?。提高連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。10.3.3減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑提高工藝系統(tǒng)的剛度設置輔助支承采用合理的裝夾和加工方式10.3.3減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑轉(zhuǎn)移或補償彈性變形采取適當?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，使加工余量均勻10.4工藝系統(tǒng)的熱變形10.4.1概述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)熱變形的途徑工藝系統(tǒng)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40~70%。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10.4.2機床熱變形對加工精度的影響機床主要熱源是空載功耗。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10.4.3刀具熱變形對加工精度的影響刀具的主要熱源是切削熱。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10.4.4工件熱變形對加工精度的影響工件的主要熱源是切削熱，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精度?？拷鬏S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致彎曲變形，產(chǎn)生圓柱度誤差?？刹捎靡簤何岔敿?。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。10.4.5減小工藝系統(tǒng)熱變形的途徑改進機床結(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部件；陶瓷制作精密零件強制冷卻，控制溫升設置人工輔助熱源，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10.5工件殘余應力引起的變形10.5.1產(chǎn)生殘余應力的主要原因10.5.2減