机械加工精度

第五章机械加工精度学习目的与要求（1）掌握机械加工精度的概念以及加工精度与加工误差的关系（2）熟悉工艺系统的原始误差种类及其对加工精度的影响，（3）掌握加工误差问题的综合分析与解决（4）掌握加工误差的基本计算方法（5）熟悉提高和保证加工精度的途径、常用方法主要内容第5章机械加工精度5.1机械加工精度概述5.2工艺系统的制造精度和磨损对工件精度的影响5.3工艺系统的受力变形及其对工件精度的影响5.4工艺系统的热变形及其对工件精度的影响5.5保证和提高加工精度的途径5.6加工误差的统计分析法5.7点图分析法5.8质量管理图一、精度的概念加工精度：加工误差：理想零件参数：尺寸、形状、位置§5.1机械加工精度概述机器质量→零件质量→精度表面质量材料加工精度加工误差理想零件实际加工零件几何参数理想零件几何要素偏离程度符合程度二、获得加工精度的方法1、2、试切法自动控制法获得尺寸精度尺寸刀具法调整法非成形运动法：刮、研和对磨成形运动法获得形状精度点成形运动法：轨迹法成形法线成形运动法展成法试切法加工调整法加工定尺寸刀具法加工轨迹法加工成形法加工展成法加工找正法夹具获得位置精度机床装夹面3、三、影响加工精度的因素1、原理误差：采用近似加工原理或近似刀具切削刃形状2、安装误差：定位误差、夹紧误差、夹具本身误差3、调整误差：调整方法与调整时的测量误差等4、测量误差：量具本身、方法、温度5、工艺系统的制造精度和磨损6、工艺系统的受力变形切削力、传动力、重力、离心力、夹紧力7、工艺系统的受热变形切削热、环境、运动、电机§5-2工艺系统的制造精度和磨损对加工精度的影响制造误差磨损误差机床误差(来源)安装误差回转运动(主轴)误差直线运动(导轨)误差机床误差(种类)传动误差几何误差(位置)一、机床主轴的回转精度及其对工件精度的影响1、主轴回转精度的概念①回转动态过程理想回转中心：在主轴的任一界面上有一点O其速度始终为V＝0瞬时回转中心：实际存在的一个变动的回转中心瞬时回转轴线：各瞬时回转中心连线t—时间，θ—转角瞬时回转中心相对于理想回转中心的位置变动量(,)Sft②误差敏感方向：经过刀具刀刃的切削点又垂直于已加工表面的方向。误差敏感方向上的误差对工件加工精度影响很大，而垂直于该方向的误差则影响很小。③主轴回转精度：主轴回转轴线在回转时相对其平均轴线的变动量在误差敏感方向的最大位移值。径向跳动轴向跳动摆动2、主轴回转精度的分析①主轴径向跳动分析滑动轴承轴颈圆度、轴瓦内孔圆度及其配合工件回转类机床刀具回转类轴颈轴承主轴安装孔轴承精度主轴精度影响因素主轴孔精度滑动轴承滚动轴承轴承静压动压工件回转类：传动力与切削力不变→轴瓦接触点不变→轴颈影响↑轴瓦↓刀具回转类：切削力回转扭矩→主轴颈接触点不变→轴瓦内孔影响↑，轴颈↓工件回转类刀具回转类主轴几何轴线径向跳动产生的加工误差滚动轴承此外，②造成主轴轴向窜动的原因工件回转类：内环外道↑外环内道↓刀具回转类：外环内道↑内环外道↓滚动轴承尺寸、形状：低频一半，变形一部分间隙轴颈：内环变形箱体孔：外环变形安装面：倾斜轴向推力轴承定位→影响为轴承轴承间隙对主轴轴线位置的影响推力轴承端面跳动的影响接触点为误差的变化，取决于B．滚动轴承与上述类似，同时滚动体影响A．滑动00座窜00颈窜颈座颈窜颈座窜座主轴回转轴线的轴向跳动将产生加工端面的平面度误差主轴轴向跳动引起的加工误差3、主轴回转精度的测量①表测法②双向测量法（捷克VUOSO）刀具回转当没有回转误差时，间隙变化为示波器上为回转轴敏感方向缺点几何轴偏心动态cossinewtewtxycossinSkewtSkewtxy22xySSkecoscos()sinsin()ewtwtewtwtxycoscos()sinsin()SkewtkwtSkewtkwtxy示波器上光点的向径为常数。当主轴有偏差δ时示波器上，向径为222(coscos()sinsin())keewtwtwtwt坐标变换，使x与e重合是与的和，即示波器银屏变化不能反映误差，只有e=0或才能真正反映。李沙育图，其半径差为主轴回转精度。222coskee-eee0＝cosre这种方法适合刀具回转型机床的主轴回转精度测量，如镗，而不适合车床测量镗床主轴回转精度钢球安装偏心对测量的影响③单向测量法（美国LRL法）——测定车床主轴回转精度的方法yxesinecosS0020sinsin(1)sin(1)cosSkekekSkekSSkekS122120(1)SSkekSke0Rkekkes传感器Ⅰ传感器ⅡK0≥K传感器Ⅲ示波器输入信号向径为当S=0时，当S≠0时放大K倍→放大K0倍4、获得高圆度工件的方法①高精度主轴车床②补偿③使主轴误差不反映到工件上二、直线运动精度对工件精度的影响1、机床导轨精度指标①运动在水平面内的直线度②运动在垂直平面内的直线度③前后导轨的平行度（扭曲）2、机床导轨误差对加工精度的影响①普通车床水平面直线度：1：1影响纵截面形状垂直面直线度：属误差不敏感方向，影响较小扭曲影响：可分解为水平、垂直车床导轨扭曲对工件形状的影响②外圆磨床：与车床相同。但由于要求高，采用工作台转角③龙门刨床：就地刨④镗：固定镗浮动镗：不影响水平：影响垂直：影响3、导轨运动误差的来源新机床导轨的制造精度磨损——材料表面处理，润滑安装精度——地基，找正三、机床的几何精度对加工精度的影响几何精度——各成形运动在空间的相互位置准确性①车外圆误差具体形状具体分析相交线（不在同一平面内）→双曲面回转轴线与导轨水平面不平行→锥度②车端面——回转轴线与导轨不垂直→凸面，凹面③镗孔④铣平面⑤滚齿机四、机床的传动精度及对加工精度的影响1、机床传动精度分析五、机床的定位精度对工件精度的影响定位精度：工作台从一个位置移动到另一个位置的准确度1、进给机构的传动精度主要取决于选用的进给机构型式及进给机构的传动精度2、进给与测量分开时的测量精度原理误差→阿贝误差→被测的与实际的不在一条直线上产生的误差3、爬行误差解决办法动—静系数不一样刚度摩擦系数提高系统刚度→电致伸缩摩擦系数→动静相等；滚动、低塑料调整速度六、刀具、夹具、量具的制造精度和磨损对工件影响1、刀具的制造精度和磨损的影响①尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨损对加工精度的影响钻头、绞刀、镗刀块、拉刀→影响尺寸→磨损后不能重修复滚刀、插刀、成形车刀→影响形状→重磨②一般刀具的磨损对加工精度的影响如车刀、镗刀、铣刀等，制造精度不会影响加工尺寸，但磨损则产生影响一：起始磨损，非线性二：正常磨损，三：快速（剧烈）磨损三个阶段减少影响方法尺寸补偿选用耐磨刀具材料—复合氮化硅，立方氮化硅降低切削速度，延长刀具寿命③砂轮的磨损及修复（快、与硬度有关）2、夹具的制造精度和磨损夹具的制造精度和磨损影响工件的精度3、量具测量误差为工件公差的，最多外圆磨床，直径大→对工件尺寸形状影响小内圆磨床，直径小→磨损对工件精度影响大齿轮磨床，大平面磨床→磨损对工件精度影响大11~10613§5-3工艺系统的受力变形及其对工件精度的影响一、基本概念1、变形现象车棒车长轴磨孔2、概念刚度：物体或构件受外力后抵抗变形的能力工艺系统的刚度：在误差敏感方向上的分力py与在此方向上刀具对工件的变形（位移）量y的比值静刚度：在静态条件下静力与变形的比值动刚度：某一频率范围内产生单位振幅所需的激振力幅值yspky二、机床部件刚度特点及影响因素车床刚度的单向静测定1、部件变形过程与刚度曲线特点（1）加载变形曲线→不成线性有预紧力，当载荷有刚性很差的零件，当该大于力时，K变小零件变形减小时，K增大（2）正反加卸载变形曲线不重合凸pyy凹pyy塑性变形摩擦力等消耗能量最大间隙磁滞564123（2）正反加卸载变形曲线不重合（3）多次重复加载变形曲线第一次加载“磁滞”现象严重，以后减小加、卸载曲线接近，起始点重合塑性变形摩擦力等消耗能量最大间隙磁滞564123（4）部件刚度曲线特点①力和变形不是直线性，不符合胡克定律→部件变形不纯粹是弹性变形②加载与卸载曲线不重合③当载荷去除后，变形不能恢复原点→有塑性变形。反复加载后，残余变形减到0，重合④部件刚度远比想象小接触变形克服摩擦力损失能量2、影响部件刚度的因素①接触变形②个别薄弱环节③连接夹紧力的影响④摩擦力⑤间隙影响⑥变形的复合性两零件接触面接触情况间隙对刚度影响曲线机床刚度中薄弱环节11111kkkkk刀具系统夹具工件机床+++yyyyy刀具系统夹具工件机床+++ypky系统系统、ypky机床机床、ypky夹具夹具、ypky刀具刀具、ypky工件工件11111kkkkk刀具系统夹具工件机床+++三、工艺系统的刚度工艺系统总变形及合成刚度为而因此，有四、工艺系统受力变形对加工精度的影响1、由于切削力产生的系统变形对加工精度的影响（1）由于切削点位置的变化引起的刚度、变形变化而产生的形状误差①工件短粗，刚度高→鞍形P尾力：位移：()ylxPPly头yxPPly尾()yssPPlxyKKl头头头头yssPPxyKKl尾尾尾尾()()xxlxxyyyyyylll尾尾头头头22()()yyssPPlxxyKlKl尾尾此时刀架变形为因此，当当当ysPyK刀架刀架22()()yyyxsssPPPlxxyyyKlKlK刀架机床头头刀架22111()()yssssPlxxKKlKlK尾头刀架机床0,yyssPPxyKK机床头刀架,yyssPPxlyKK机床尾刀架,244yyysssPPPlxyKKK机床尾头刀架②工件细长→鼓形和时，时，最大，为刚度在该工件轴向的各个位置是不同的加工后工件各横截面的直径尺寸也不同形状误差（锥度、鼓形、鞍形等）3322221()()()33yyPlPlxlxxlxyEIllEIl0xxl10y2lx3148yPlyEI（2）由于工件加工余量不均或其他原因①导致切削力变化→变形变化→引起形状尺寸误差②对于椭圆毛坯：切深大→力大→变形大→椭圆①毛坯的形状误差，圆度、圆柱度、平面度等都以一定误差复映成工件的加工误差，这是由余量不均引起的②采用多次走刀减小误差复映③调整法加工时，毛坯大小不一→工件尺寸分散→计算误差复映误差复映2、由于夹紧力、重力等产生的系统变形对加工精度影响（1）由于工件的夹紧变形引起的加工误差床身导轨面应用薄板零件的磨削（2）由于重力所引起的加工误差重力引起机床变形五、由于内应力产生变形对加工精度影响内应力：零件在没有外加载荷作用下，加工后内部存在的应力成为残余内应力，称为~。工件在铸、锻、切削后内部应力相互平衡一旦外界条件变化→平衡破坏→变形冷加工温度振动平衡破坏变形外界条件1、内应力的产生①毛坯：工件壁厚不均②工件切削内应力③热处理④校直2、内应力的减少和消除法①时效处理：天然、人工②铸、锻件结构，应壁厚均匀，不能差太多③零件的结构主要考虑港督问题④机械加工时，注意减少切削力⑤尽量不采用冷校直六、机床刚度的测定1、机床刚度的静测定法单向加载测定法：不能反映切削状态；只加载力，而都对刚度有影响三向加载测定法：三向加载，三向测力yPxyzPPP、、2、用生产法测定车床刚度——按误差复映原理进行的111111144111KKKKKKKKKK刀系头头刀尾系中头刀尾系尾0.75pCsK系3、接触刚度的测定七、提高工艺系统刚度的措施1、选用合理的零部件结构和断面形状封闭式箱型结构、空心结构（断面面积不变）2、提高连接表面的接触刚度提高连接面几何形状精度降低表面粗糙度，施加预载荷3、