04-1机械加工精度及其控制

机械加工精度及其控制加工质量尺寸精度形状精度位置精度（通常形状误差限制在位置公差内，位置公差限制在尺寸公差内）表面粗糙度波度纹理方向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）加工精度表面质量表面几何形状精度表面缺陷层表层加工硬化表层金相组织变化表层残余应力加工质量包含的内容2一、机械加工精度在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使刀具和工件间的正确位置发生偏移，因而加工出来的零件不可能与理想的要求完全符合，两者的符合程度可用机械加工精度和加工误差来表示。1、加工精度：零件加工后实际几何参数与理想几何参数接近程度。符合程度越高，加工精度越高，实际生产中零件不可能与理想的要求完全符合。2、加工误差：指加工后的实际几何参数（尺寸，形状和表面间的相互位置）对理想几何参数的偏离程度，从保证产品使用性能分析允许有一定的加工误差。第一节概述33、两者关系：两者从不同角度来评定加工零件的几何参数。加工精度的高低是由加工误差的小大来表示的，保证和提高加工精度问题，实际上是限制和降低加工误差问题。机械加工精度包含的内容尺寸精度形状精度位置精度机械加工精度三者之间的关系：（1）当尺寸精度要求高时，相应的位置精度和形状精度也要求高。形状公差应限制在位置公差内，位置公差应限制在尺寸公差内。（2）当形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度不一定要求高。4加工精度与加工成本和生产效率的关系一般地，加工精度要求↑，加工成本↑，生产效率↓。研究加工精度的目的研究加工精度的目的、就是弄清各种误差对加工精度影响的规律，掌握控制加工误差的方法，以获得预期的加工精度，必要时能指出进一步提高加工精度的途径。5三、获得加工精度的方法1.获得尺寸精度的方法试切法定尺寸刀具法调整法自动控制法62.获得形状精度的方法刀尖轨迹法成形刀具法展成法3.获得位置精度的方法直接找正划线找正夹具定位7二、影响加工精度的因素零件的尺寸、几何形状和表面间的相互位置的形成，归根到底取决于工件和刀具在切削过程间的相互位置。由于工艺系统存在各种原始误差，它们以不同的方式和程度反映为加工误差。由此可见：1、原始误差机床夹具刀具工件亦称机械加工工艺系统构成了机械加工系统工艺系统误差是“因”，是根源；加工误差是“果”，是表现。82、零件加工中的各种误差调整误差定位误差夹紧误差制造误差测量误差因残余应力产生的误差加工原理误差机加工前，对机床、夹具、刀具调整中；由切削力、惯性力、刀具磨损、切削热等引起；工件加工、测量好后；由于采用了近似的加工方法。机加工中的原始误差可归纳为：910工件相对于刀具静止状态下的误差原始误差与工艺系统原始状态有关的原始误差(几何误差)与工艺过程有关的原始误差(动误差)原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起的变形工件相对于刀具运动状态下的误差主轴回转误差导轨导向误差传动误差原始误差构成三、误差的敏感方向在加工过程中，各种原始误差的影响会使刀具和工件间正确的几何关系遭到破坏，引起加工误差，各种原始误差的大小和方向各不相同，而加工误差则必须在工序尺寸方向度量。因此．不同的原始误差对加工精度有不同的影响。当原始误差的方向与工序尺寸方向一致时，其对加工精度的影响最大。下面以外圆车削为例说明两者的关系。11如图，车削时工件的回转轴线为O，刀尖正确位置在A。设某一瞬时由于各种原始误差的影响，使刀尖位移到A’，AA’即为原始误差δ，它与OA间的夹角为φ，由此引起工件加工后的半径由R0＝OA变为R＝OA’，故半径上的加工误差△R为：当原始误差的方向恰为加工表面的法向方向(φ＝0°)时，引起的加工误差最大；可以看出：当原始误差的方向恰为加工表面的切线方向(φ＝90°)引起的加工误差最小。把对加工精度影响最大的那个方向称为误差的敏感方向，对加工精度影响最小的那个方向则称为误差的不敏感方向。1213四研究加工精度的方法1、单因素分析法运用物理学和力学原理，分析研究某一个或某几个因素对加工精度的影响。通常分析、计算、测试、实验，得出单因素与加工误差间的关系。2、统计分析法以生产一批工件的实例结果为基础，运用数理统计方法进行数据处理。14用以控制工艺过程的正常进行，当发生质量问题是可以从中判断误差性质，找出误差出现的规律。实际生产中，两种方法常常结合应用。先用统计分析法寻找误差的出现规律，初步判断加工误差的可能原因，再适用单因素等分析，试验，以便迅速有效地找出影响加工精度的主要原因。15一、加工原理误差指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。式中R——球头刀半径；h——允许的残留高度。例1：在数控铣床上采用“行切法”铣削复杂形面零件空间曲面数控加工8SRh第二节、工艺系统的几何精度对加工精度的影响RshXYZ16在曲线获曲面的数控加工中，由于数控铣床一般不具有空间插补功能。如曲线的加工是由许多很短的折线段逼近得到，逼近的精度可由每根线段的长度来控制。在三坐标联动的数控铣床上加工区面，实际上是一面一面的空间直线逼近空间曲面。即整个曲面是由大量加工出的小直线来逼近。因此，在曲线或曲面加工中，刀具相对于工件地成形运行是近似的。17Z轴Y轴力传感器数据采集卡X轴18例2：用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮采用阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造型误差。由于滚刀刀齿有限，实际加工出的尺形是一条有微小折线组成的曲线，和理论的光滑渐开线有差异。注意：采用近似的成形运动或近似的切削刃轮廓，虽然会带来加工原理误差，但往往可简化机床或刀具的结构，提高生产效率，有时反而能得到较高的加工精度。因此，只要其误差不超过规定的精度要求、在生产中仍能得到广泛的应用。19二、调整误差在机械加工的每一工序中。总是要对工艺系统进行这样或那样的调整工作。不可能绝对地准确，因而产生调整误差。工艺系统的调整的基本方式(1)试切法调整(2)调整法调整20(1)试切法调整1)测量误差。由量具本身精度度、测量方法及使用条件引起。2)进给机构的位移误差。在微量调整刀具的位置、低速微量进给中，常常出现进给机构的“爬行”现象，其结果使刀具的实际位移与刻度盘上的数值不一致、造成加工误差。3)试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响。精加工时，切削刃只起挤压作用而不起切削作用。应用：单件小批生产中。方法：对工件进行试切—测量—调整—再试切，直到达到要求的精度为止。这时，引起调整误差的因素有：21(2)调整法调整影响调整精度的因素有：1）上述影响试切法调整精度的因素，因为采用调整法对工艺系统进行调整时，也要以试切为依据。2）用定程机构调整时，调整精度取决于行程挡块、靠模及凸轮等机构的制造精度和刚度；3）用样件或样板调整时，调整精度取决于祥件或样板的制造、安装和对刀精度；4）工艺系统初调好以后，—般要试切几个工件，并以其平均尺寸作为判断调整是否准确的依据。由于试切加工的工件数(称为抽样件数)不可能太多，不能完全反映整批工件切削过程中的各种随机误差，故试切加工几个工件的平均尺寸与总体尺寸不能完全符合，也造成加工误差。22三、机床误差机床的制造误差、安装误差以及使用中的磨损都直接影响工件的加工精度。机床误差可归纳为：机床导轨导向误差机床主轴回转误差机床传动链的误差机床误差1、机床导轨误差机床导轨误差多达21项。机床导轨是实现直线运动的主要部件，其制造和装配精度是影响直线运动的主要因素，直接影响工件的加工质量。2324一）、机床导轨导向误差1导轨导向精度及其对加工精度的影响导轨导向精度：机床导轨副的运动件实际运动方向和理想运动方向的符合程度。两者之间的偏差值称为导向误差。导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动的基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。包括：导轨在水平面内的直线度，导轨在垂直面内的直线度，前后导轨平行度（扭曲），导轨与主轴回转轴线的平行度（或垂直度）。25导轨导向误差对不同的加工方法和加工对象，将会产生不同的加工误差。在分析导轨导向误差对加工精度影响时，主要应考虑导轨误差引起刀具与工件在误差敏感方向的相对位移。ΔYΔYoDΔR水平面导轨水平面内直线度导轨在水平面内直线度误差2627导轨在水平面内的直线度（弯曲）对于车床和外圆磨床由于刀尖相对于工件回转轴线在加工表面径向方向的变化属敏感方向，故其对零件的形状精度影响很大。yR'车床导轨在水平面内有弯曲后，纵向进给中刀具相对工件轴线不能平行。因而工件表面上形成形状误差。垂直平面导轨垂直面直线度ΔZdΔRΔZ导轨在垂直面内直线度误差Rd/22829导轨在垂直面内的直线度（弯曲）垂直面内直线度误差对车床的影响较小，可以忽略不计。但对于龙门刨床、龙门铣床及导轨磨床来说，导轨在垂直面内的直线度误差将直接反映到工件上。R2ZRR0RRR2ZRZ)RR(RZ'R2222222222则：项忽略30前后导轨的平行度（扭曲）δ以车床为例BHyHyBtgHyBtgsinsin,很小，车床：磨床：32~21BHBH使刀架运动时会产生摆动，刀尖的运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差312导轨导向精度的影响因素•1）导轨的制造误差•2）导轨的安装误差：对长度较长的龙门刨床、龙门铣床和导轨磨床。他们的床身导轨为一细长结构、刚性较差，在本身自重作用下就容易变形，若安装不正确或地基不良，都会造成导轨弯曲变形。•3)导轨的磨损：由于使用程度不同及受力不均，机床使用一段时间后，导轨全长上各段的磨损量不等。并且在同一横截面上个导轨面的磨损量也不相等。323、提高导轨导向精度的措施•制造误差—机床设计制造时，应从结构、润滑、防护装置、采取措施提高导向精度。•安装误差—机床安装时，应校正好水平和保证地基质量。•磨损误差—使用时，注意调整导轨配合间隙，同时保证良好的润滑和维护。2、机床主轴的回转运动误差理想回转中心：机床主轴做回转运动时，主轴的各个截面必然有它的回转中心，在主轴的任一截面，主轴回转时若只有一点速度始终为零，则这一点即为理想回转中心。瞬时回转中心：主轴在实际回转过程中，在一个位置或时刻的回转中心，称为瞬时回转中心，主轴各截面瞬时回转中心的连线叫瞬时回转轴线。33341）回转精度：机床主轴在回转时实际回转轴线对理想回转轴线的相一致程度。2）回转误差：机床主轴在回转时实际回转轴线对理想回转轴线的漂移。3）误差产生原因：由于主轴部件中轴承、轴颈、轴承座孔等的制造误差和配合质量，润滑条件，以及回转时的动力因素的影响。瞬时回转轴线的空间位置在周期性变化。2．主轴回转运动误差的形式端面圆跳动（轴向漂移）径向圆跳动（径向漂移）角度摆动（角向漂移）主轴的回转运动误差的基本形式注意：实际中常是这几种误差的合成。35端面圆跳动——瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动。它主要影响端面形状和轴向尺寸精度。径向圆跳动——瞬时回转轴线始终平行于平均回转轴线方向的径向运动。它主要影响圆柱面的精度。角度摆动——瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角度，但其交点位置固定不变的运动。在不同横截面内，轴心运动误差轨迹相似，它影响圆柱面与端面加工精度。3637★主轴端面圆跳动对加工精度的影响1）对圆柱面的加工无影响；2）对加工端面的影响如图（a）3）对螺纹加工的影响如图（b）被加工端面不平，与圆柱面不垂直；加工螺纹时，产生螺距周期性误差。38★主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔）考虑最简单的情况，主轴回转中心在y方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖的坐标值为：e径向跳动对镗孔精度影响式中R——刀尖回转半径；φ——主轴转角。()cossinXReYR显然，上式为一椭圆。39径向跳动对车外圆精度影响13仍考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖运动轨迹接近于正圆（图4-7）。e