機械制造工藝學5課件

3機械加工精度零件加工質量：加工精度、表面質量本章內(nèi)容：機械加工精度分析各種原始誤差對加工精度影響的規(guī)律掌握控制加工誤差的方法提高加工精度的途徑3.1概述一、機械加工精度定義：零件加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀、位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度加工誤差：實際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度加工精度、加工誤差是評定零件幾何參數(shù)的不同角度精度：尺寸、形狀、位置聯(lián)系：形狀公差限制在位置公差之內(nèi)，位置公差限制在尺寸公差之內(nèi)獲得：工件和刀具在切削過程中保證正確的相互位置工藝系統(tǒng)與原始誤差工藝系統(tǒng)：機床、刀具、夾具、工件構成的完整的系統(tǒng)原始誤差：工藝系統(tǒng)的誤差研究加工精度的目的：弄清各種原始誤差的物理、力學本質，及其對加工精度影響，分析各種原始誤差對加工精度影響的規(guī)律，掌握控制加工誤差的方法，提出提高加工精度的途徑三、誤差敏感方向切削加工過程中，由于各種原始誤差的影響，會使刀具和工件間的正確幾何關系遭到破壞，引起加工誤差。各種原始誤差的大小和方向各不相同，但加工誤差必須在工序尺寸方向度量。不同的原始誤差對加工誤差的影響不同三、誤差敏感方向(續(xù))例：車削：原始誤差：加工誤差：：加工表面法向，加工誤差最大：加工表面切向，加工誤差最小三、誤差敏感方向(續(xù))誤差敏感方向：對加工精度影響最大的那個方向(通過刀刃的加工表面的法向)稱為誤差的敏感方向?？紤]幾種不同的加工方法：車床、刨床、外圓磨削、鏜床在分析影響機械加工精度的原始誤差，可只考慮誤差敏感方向的原始誤差的影響。2.2工藝系統(tǒng)的幾何誤差一、加工原理誤差采用近似的成型運動或近似的刀刃輪廓進行加工而產(chǎn)生的誤差加工原理誤差實例1、三坐標數(shù)控銑床加工復雜型面零件，用球頭刀采用“行切法”加工2、滾齒：用阿基米德蝸桿或法向直廓蝸桿代替漸開線基本蝸桿原理性誤差：可行性分析，對零件性能的影響程度簡化機床結構或刀具。二、機床的幾何誤差機床的制造誤差、安裝誤差與磨損都影響零件的加工精度。本小節(jié)主要介紹：機床主軸回轉精度機床導軌導向精度傳動鏈運動精度 對零件加工精度的影響（一）、機床主軸回轉誤差(續(xù))基本形式：徑向圓跳動、端面圓跳動、角度擺動徑向圓跳動：影響圓柱面的精度端面圓跳動：影響端面形狀和軸向尺寸精度；加工螺紋時，影響螺距精度角度擺動：影響圓柱面與端面加工精度實際的主軸回轉誤差是這三種誤差的綜合，周期性的合成運動。交點位置固定不變2、主軸回轉誤差的影響因素主軸誤差、軸承誤差、軸承間隙、軸承與孔的配合、主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度、熱變形（潤滑、冷卻）不同類型機床，影響因素各不相同。工件回轉類：切削力方向不變，軸徑圓度影響大刀具回轉類：切削力方向隨旋轉方向改變，支承軸徑圓度影響大。3、主軸回轉精度測量(1)1）靜態(tài)測量：千分表、芯軸等4、提高主軸回轉精度措施1）提高主軸部件精度：軸承精度、采用高精度的多油楔動壓軸承、靜壓軸承；軸承座孔；主軸本身（主軸軸徑）加工精度；液體靜壓軸承：徑向和端面跳動：0.04um空氣靜壓軸承4、提高主軸回轉精度措施(續(xù))2)滾動軸承適當預緊：消除間隙或產(chǎn)生微量過盈，提高接觸剛度，對滾動軸承中的內(nèi)外圈滾道和滾動體的誤差有均化作用3）高速主軸：潤滑與冷卻，減少熱變形；動平衡主軸及安裝在主軸上的零部件；4）隔離主軸回轉誤差：普通車床：裝在主軸錐孔中的前頂尖隨主軸回轉，直接影響工件圓度；磨床：將前頂尖做成固定的，主軸只傳遞動力，工件圓度只與前后頂尖的精度有關?！ǘ?、機床導軌導向誤差1、導軌導向精度導軌精度：機床導軌副運動件與固定件間實際運動方向與理想運動方向的符合程度。導軌：是機床中主要工作部件相互位置的基準和運動基準。2、導軌導向精度對加工精度的影響(1)需具體分析：導向誤差在不同的加工方法和不同的加工對象，產(chǎn)生不同的加工誤差（誤差敏感方向）車床： 當車床導軌與主軸中心線在水平面內(nèi)有平行度誤差時，工件會被車成圓錐體，而不是圓柱體。 車床導軌與主軸中心線在垂直面內(nèi)有平行度誤差時，車出來的工件是雙曲面回轉體。 在鏜床上，誤差敏感方向隨刀具回轉而變化導軌在水平面及垂直面內(nèi)的直線度誤差，均直接影響工件的加工精度。同時，鏜床導軌的扭曲，會使所加工的孔產(chǎn)生位置誤差。2、導軌導向精度對加工精度的影響(2)磨床2、導軌導向精度對加工精度的影響(3) 在鏜床上，誤差敏感方向隨刀具回轉而變化,導軌在水平面及垂直面內(nèi)的直線度誤差，均直接影響工件的加工精度。同時，鏜床導軌的扭曲，會使所加工的孔產(chǎn)生位置誤差。ab2、導軌導向精度對加工精度的影響(5)3、導軌導向誤差產(chǎn)生的原因（1）制造誤差（2）主要的是由于機床的安裝不良所致；（3）因基礎不良或自重下沉，會引起導軌嚴重的扭曲變形；特別對于長導軌；（4）導軌磨損則是導軌誤差的另一重要原因；由于使用程度不同、受力不等，使用一段時期后，不僅導軌全長上各段的磨損量不同在同一橫截面上各導軌面上的磨損量也不等。導軌磨損會使溜板在水平面和垂直面內(nèi)發(fā)生位移，且有傾斜。滾齒機傳動誤差Y3150E傳動路線工件轉角和刀具轉角關系：2、誤差傳遞系數(shù)假定滾刀轉動均勻，可將工件相對滾刀轉角誤差作為傳動誤差。設與滾刀相連的齒輪Z1的轉角誤差為，工件的轉角誤差為：中間的系數(shù)是兩末端件間的傳動比，稱誤差傳遞系數(shù)。不同的傳動件到工件都有不同的傳動比，即有不同的誤差傳遞系數(shù)。誤差傳遞系數(shù)（續(xù)）傳動鏈中某傳動件到工件的運動關系為： 微分： 代之以轉角誤差當ki>1時，誤差放大；ki<1時，誤差縮小不同的傳動件的轉角誤差對傳動誤差的貢獻不同，其中蝸輪的影響最大。蝸輪和蝸桿間采用大的傳動比，可以減小傳動誤差。轉角誤差：如齒距偏差、切向綜合偏差等傳動鏈中所有傳動件對傳動誤差總的影響可疊加計算或用概率法估算。但都不準確。－周期與方向3、傳動誤差測量1）靜態(tài)測量：精密多面體、經(jīng)緯儀等2）動態(tài)測量：磁柵、光柵等對獲得的信號進行處理，如頻譜分析，可以獲知哪些傳動元件對傳動誤差影響最大。4、減少傳動誤差措施1）盡可能縮短傳動鏈：用電子傳動鏈代替機械傳動鏈、用伺服驅動代替機械驅動2）提高裝配精度，減小傳動元件裝配幾何偏心3）提高傳動鏈末端元件制造精度： 重慶機床廠：分度蝸輪制造精度4）在傳動鏈中按降速原則分配各傳動副的傳動比：滾齒機分度蝸輪齒數(shù)大、絲桿磨床中母絲桿的螺距大5）誤差補償裝置機械校正、自動補償在傳動鏈中人為地加入一個誤差，使它與傳動鏈本身的誤差大小相等、方向相反，從而使之相互抵消。滾齒機傳動誤差微機補償系統(tǒng)(四)、其他幾何誤差1、刀具誤差1）一般刀具：車、鏜、銑，調刀保證尺寸，對加工精度無直接影響2）定尺寸刀具：孔加工，鉆、鉸、鍵槽銑、鏜刀塊、孔拉刀；對尺寸直接影響；3）展成刀具：滾刀、插齒刀等4）成型刀具：形狀精度直接影響工件形狀精度(四)、其他幾何誤差(續(xù))2、工件裝夾誤差與夾具誤差：夾具內(nèi)容3、測量誤差：量具誤差、測量時的誤差（接觸條件、溫度、目測方法）(四)、其他幾何誤差(續(xù))4、調整誤差

試切法：a、測量誤差 b、進給機構位移誤差：微量調整刀具位置，進給爬行 c、試切與正式加工切削厚度不同的影響

調整法：以試切為基礎，存在試切法中的誤差a、行程擋塊、靠模、凸輪等設定尺寸的機構的制造精度、剛度，以及與之配合的離合器、控制閥的靈敏度 b、樣板或樣件：制造、安裝、調整精度 c、試切數(shù)量不足：誤差反映不全面2.3工藝系統(tǒng)的受力變形工藝系統(tǒng)在切削、夾緊、傳動、重力和慣性等外力的作用下，會發(fā)生變形，破壞刀刃與工件間正確的相互位置關系，使工件產(chǎn)生加工誤差。

1.工藝系統(tǒng)的剛度

2.工藝系統(tǒng)受力變形對加工 精度的影響

3.影響工藝系統(tǒng)剛度的因素

4.提高工藝系統(tǒng)剛度的措施一.工藝系統(tǒng)的剛度靜剛度定義：單位變形所需施加的力：作用力與由它所引起的在作用力方向上產(chǎn)生的變形量的比值。工藝系統(tǒng)的剛度定義：切削力法向分力Fy，與工件在總切削力作用下刀具相對工件在法向分力向上的位移的比值。注：yxt是總切削力作用的結果，而非僅僅是法向分力Fy的作用結果。負剛度可能出現(xiàn)變形方向法向分力向上相反的情況。這時的剛度，稱為負剛度。負剛度對加工質量不利，應盡量避免。刨削車削工藝系統(tǒng)是由機床、刀具、夾具和工件四者組成的一個整體。在切削力作用下，各部分都將發(fā)生變形。將各部分在同一處的法向變形疊加，即得到工藝系統(tǒng)的總變形。工藝系統(tǒng)的總變形根據(jù)上述定義，有工藝系統(tǒng)剛度分析公式分析：剛度低的環(huán)節(jié)對總剛度的貢獻最大。欲提高工藝系統(tǒng)的總剛度，應從剛度最低的環(huán)節(jié)出發(fā)。工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響分析，也應以此為原則。如：車削外圓：細長軸車削，細長軸剛度最低，其他部分變形可忽略不計。箱體鏜孔：鏜桿懸伸長，屬于剛度最低環(huán)節(jié)，主要分析長鏜桿變形的影響。工藝系統(tǒng)剛度確定1、當工藝系統(tǒng)比較簡單，或某個環(huán)節(jié)剛度明顯較低時，直接用材料力學的有關公式求解.如：車床卡盤中長棒料車削，簡化為懸臂梁車床兩頭頂尖間長棒料車削：E：材料彈性模量，鋼－I：截面慣性矩2、實驗測定二、工藝系統(tǒng)剛度對加工精度影響1）在車床兩頂尖間車削粗而短的光軸忽略車刀、工件變形考慮：主軸箱（頭架）、尾座（頂尖）、刀架變形1、受力點位置變化引起的形狀誤差機床總變形：由剛度定義：1）在車床兩頂尖間車削粗而短的光軸(續(xù))1）在車床兩頂尖間車削粗而短的光軸(續(xù))存在極值，當，上述數(shù)值中，最大值－最小值，為圓柱度誤差。實際計算結果：L=600mm,圓柱度誤差為0.0033mm。當x=0:當x=L/2:當x=L:1）在車床兩頂尖間車削粗而短的光軸(續(xù))2）在車床兩頂尖間車削細長軸主要考慮工件變形，工件變形最大工件呈鼓形2、誤差復映加工前工件截面為橢圓。按圓調整刀具。在不同位置，切削深度不同，因而切削力不同，由此工藝系統(tǒng)的變形不同。實際切削厚度發(fā)生變化，切削深度變化量等于工藝系統(tǒng)的變形量。原來有圓度誤差的截面加工完成后，仍存在圓度誤差。這種現(xiàn)象稱為誤差復映。加工前表面加工后表面將工藝系統(tǒng)剛度近似作為常量。分析車削.2、誤差復映(續(xù))式中，A－徑向切削力系數(shù)，－系數(shù)－與工件材料和刀具角度有關的系數(shù)；f－進給量計算：毛坯圓度的最大誤差車削后的圓度誤差對車削有切削力2、誤差復映(續(xù))稱為誤差復映系數(shù)。由于總小于，因此為小于1的正數(shù)。它定量地反映了毛坯誤差加工后減小地程度。目標是使誤差復映系數(shù)減小：－增大廣義系統(tǒng)剛度；－減小徑向切削力系數(shù)（減少進給量、使用主偏角接近900的車刀等）多次走刀：總誤差復映系數(shù)：多次走刀可提高加工精度，但降低生產(chǎn)率。IT7要求的工件經(jīng)過2～3次走刀后，毛坯形狀誤差復映到工件上的誤差可減小到允許的范圍內(nèi)。同理，當毛坯有形狀誤差或位置誤差時，加工后仍然有同類的誤差。根本原因是工藝系統(tǒng)的受力變形。在成批生產(chǎn)中，用調整法加工會造成 毛坯尺寸不一工件尺寸不一毛坯硬度不均勻工件尺寸分散2、誤差復映(續(xù))3、其他力引起的加工誤差1）夾緊力：工件剛度過低或著力點不當：薄壁套、薄板類零件3、其他力引起的加工誤差（續(xù)）導軌中部使用過程中磨損大，加工時略使中部凸起(0.02).加工時使用夾緊變形使中部凹下，加工后，由于彈性變形恢復，使中部略凸。3、其他力引起的加工誤差（續(xù)）2）重力：自重.龍門銑床、龍門刨床的刀架橫梁變形、銑鏜床鏜桿懸伸過長3）慣性力：高速切削：存在不平衡的旋轉件離心力大于切削力：軸承座孔的影響、圓度誤差三、機床剛度的測定靜態(tài)測量、動態(tài)測量1、靜載測定法：單向靜載測定測力環(huán)螺旋加力器機床部件的剛度曲線特點1)變形與作用力不是線性關系，反映刀架變形不僅僅是彈性變形。2）加載與卸載曲線不重合，包容的面積為加載卸載循環(huán)中所損失的能量：部件內(nèi)零件間的摩擦和接觸塑性變形作的功。3)卸載后曲線不回到原點：有殘留變形。4)部件的實際剛度小于估算剛度。三向靜載測定模擬實際車削受力：設置Fx、Fy、Fz的比值，從x、y、z三個方向加載，分別測定頭架、刀架、尾架變形，計算剛度值。弓形加載器2、工作狀態(tài)測定法芯軸：剛度高，變形忽略、一次進給根據(jù)誤差復映原理，按接近實際加工狀態(tài)測定剛度。加工前尺寸：H11,H12H21,H22H31,H32加工后尺寸：h11,h12h21,h22h31,h321232、工作狀態(tài)測定法（續(xù)）根據(jù)誤差復映原理：由：由加工短而粗的光軸公式：2、工作狀態(tài)測定法（續(xù)）缺陷：不能得到完整的剛度特性曲線；隨機因素影響結果：材料硬度不均勻四、影響機床剛度的因素1、連接表面接觸變形的影響零件表面存在宏觀和微觀的幾何形狀誤差、微觀表面粗糙度。實際接觸面積：是理論接觸面積的極小部分，真正接觸的部分是兩個表面間的凸峰。作用力施加后，產(chǎn)生接觸變形：表面層的彈性變形、局部塑性變形。部件剛度曲線不呈直線，而且與組成的元件相比剛度要低得多。機床接觸變形接觸變形往往大于結構變形導軌接觸變形：10um/MPa機床主軸：接觸變形占總變形30-40%齒輪箱：3類變形 軸扭曲：30%； 軸彎曲：30%； 接觸變形：40%進給箱、懸臂工