机械制造技术基础课件第六章

第6章机械加工精度影响因素及控制尺寸精度形状精度位置精度波纹度几何精度表面层物理机械性能表层材料的冷作硬化表层材料的金相组织变化表层材料的残余应力制造质量微观几何形状精度宏观几何形状精度圆度、圆柱度、直线度、平面度等（表面粗糙度）6.1机械加工精度的概念及其获得方法6.1.1机械加工精度的概念机械加工精度是指零件经机械加工后的实际几何参数（尺寸，形状、表面相互位置）与零件的理想几何参数相符合的程度。符合的程度愈高，加工精度也愈高。实际加工的零件不可能做得与理想零件完全一致，经加工后零件的实际几何参数与零件的理想几何参数的偏离的程度，称为加工误差。6.1.2机械加工精度获得方法（1）尺寸精度获得方法1〕试切法试切法切削轴Movie\Ch4（加工精度）\试切法.swf2）定尺寸刀具法定尺寸刀具加工3）调整法调整法是按零件规定的尺寸预先调整好刀具与工件的相对机床的位置，并在一批零件的加工过程中保持这个位置不变，以保证工件被加工尺寸。然后进行加工。(Movie\Ch4（加工精度）\调整法.swf)4）自动控制法自动控制法是用尺寸测量装置、进给装置和控制系统组成一个自动加工控制系统，使加工过程中的测量、补偿调整和切削加工自动完成以保证加工尺寸精度的方法。5）主动控制法（Movie\Ch4（加工精度）\主动测量法.swf）6.1.3形状和相互位置精度获得几何形状精度的方法：（1）轨迹法：通过刀尖运动的轨迹来获得形状精度的方法车锥孔Movie\Ch2（机床夹具）\轨迹法.swf（2）仿形法：刀具依照仿形装置进给获得工件形状精度的方法仿形车削成形车削Movie\Ch2（机床夹具）\成形法.swf3）成形法：利用成形刀具对工件加工获得形状精度的方法4）相切法：利用回转形状的刀具对工件加工获得形状精度的方法（Movie\Ch2（机床夹具）\相切法.swf）（5）展成法：利用工件和刀具的展成切削运动进行加工的方法（Movie\Ch2（机床夹具）\展成法.swf）获得相互位置精度的方法：直接找正定位法：用划针或百分表直接在机床上找正工件位置划线找正定位法：先按零件图在毛坯上划好线，再以所的划线为基准找正它在机床的位置夹具定位法：在机床上安装好夹具，工件放在夹具中定位机床控制法：利用机床的相对位置精度保证位置精度6.1.4三种精度之间的关系一般情况下，形状精度最高，位置精度次之，尺寸精度最低。机械加工时，由机床、夹具、刀具和工件构成的统一体称为工艺系统系统。由于工艺系统本身的结构和状态以及加工过程中的物理力学现象而产生的各种误差称为原始误差。工艺系统：原始误差：6.2影响机械加工精度的因素原始误差与加工精度的关系工艺系统原始误差方向不同，对加工精度的影响程度也不同。见图示：ΔRΔYΔR=ΔX202YYRRXRX显然：XYRR误差敏感方向ＯYXa）ＯYXb）误差敏感方向—影响加工精度最大的那个方向（即通过刀刃的加工表面的法向）。当原始误差方向恰为加工表面法线方向时，引起的加工误差为最大；当原始误差的方向恰为加工表面的切线方向时，引起的加工误差为最小；当原始误差的方向与误差敏感方向一致时，对加工精度的影响最大。原始误差与加工精度的关系原始误差工艺系统的制造误差（几何误差）刀具制造误差夹具制造误差机床制造误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形工件残余应力引起的变形工件相对于刀具静止状态下的误差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的来源与工艺过程有关的原始误差(动误差)加工原理误差其他原始误差定位误差调整误差测量误差刀具磨损6.2.1加工原理误差在加工中由于采用近似的加工运动方式或近似的刀具切刃形状而产生的误差。如在普通车床上车削蜗杆；在卧式铣床上用模数铣刀铣齿轮。用模数铣刀铣齿轮时的齿形误差（1）机床的几何误差机床几何误差的来源机床制造磨损安装机床制造误差主轴回转误差导轨误差传动链误差6.2.2工艺系统的几何误差1).主轴回转误差主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线的变动量。2）将动力或运动传递给工件或刀具。主轴各瞬时实际回转轴线的平均位置主轴回转误差的分解：径向跳动、轴向跳动和角度摆动三种基本型式主轴的功用：1）装夹工件、刀具或夹具的基准；定义：理想回转轴线：①轴向跳动主轴轴肩端面的平面度及其与回转轴线有垂直度误差；轴承承载端面与回转轴线有垂直度误差。车端面→可以引起所加工端面的垂直度、平面度误差和轴向尺寸精度误差；加工螺纹→产生螺距误差。轴向跳动对加工精度的影响：轴向跳动的产生原因主轴实际回转轴线沿平均回转轴线的方向作纯轴向蹿动主轴轴向窜动对端面加工精度的影响径向跳动产生的原因加工方式不同主轴各段轴颈的同轴度误差；轴承误差（圆度）；轴承之间的同轴度误差、主轴轴颈误差（圆度）；主轴挠度影响也不同主轴实际回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变动量②径向跳动滑动轴承工件回转型(车削）：切削力作用方向是不变的主轴轴颈的圆度误差将在回转过程中引起轴线位置产生瞬时变化，对主轴径向回转精度影响较大；轴承内孔径的圆度误差对主轴径向回转精度影响较小。轴承的内孔圆度误差将使主轴在回转的过程中产生径向跳动，引起镗孔的圆度误差；主轴轴颈的圆度误差对主轴径向回转精度影响较小。刀具回转型：切削力作用方向是变化的车削加工：工件回转，刀具移动13A假设主轴轴线沿X轴作简谐运动：x=AcosφX2+Y2=R2+A2Sin2φ车削出的工件表面接近于一个真圆。车削加工时，径向跳动对工件的圆度影响很小；但与定位基准有同轴度误差,并产生圆柱度误差。径向跳动对加工精度的影响：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A。镗削加工：镗刀回转，工件不转X=Acosφ（φ＝ωt）当镗刀转过一个φ角时（位置1’），刀尖轨迹的水平分量和垂直分量分别计算得：X=(A+R)cosφY=Rsinφ。将上两式平方相加得:X2/(A+R)2+Y2/R2=1→镗出的孔为椭圆形AARφOm11，AcosφO234OY=RsinφX=(A+R）cosφ镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响X=Acosφ（φ＝ωt）主轴径向回转误差可以引起工件的圆度误差和圆柱度误差；径向跳动对加工精度的影响：产生角度摆动的原因③角度摆动主轴实际回转轴线相对于平均回转轴线成倾斜一个角度作摆动角度摆动可视为径向圆跳动与轴向窜动的综合。凡引起径向圆跳动与轴向窜动的因素均会影响主轴的角度摆动。角度摆动对加工精度的影响：车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很小，但轴平面有圆柱度误差（锥度）。车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差（锥体）车端面：产生平面度误差镗孔时，由于主轴的纯角度摆动使得主轴回转轴线与工作台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形④提高主轴回转精度的措施（5）对滚动轴承进行预紧，以消除间隙。（1）提高主轴及箱体的制造精度；（2）选用高精度轴承；（3）提高主轴部件装配精度；（4）对高速主轴部件要进行动平衡;2）机床导轨误差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的平行度（扭曲）机床导轨精度要求：确定各主要部件位置关系的基准;是实现直线运动的主要部件。导轨的功用：导轨的制造和装配精度：影响直线运动的主要因素→直接影响工件的加工精度。①导轨在水平面内的直线度误差导轨误差对加工精度的影响当导轨在水平面内的直线度误差为△y时,引起工件在半径方向的误差为：△R=△y车、磨削外圆时，为误差敏感方向，对加工精度影响最大；导轨向外凸→导轨向内凹→工件产生腰鼓形误差；工件产生鞍形误差；铣削、刨削平面时，为误差非敏感方向，对加工精度影响最小。（以卧式车床为例）图示幻灯片36ΔYΔYoDΔR=ΔY水平面导轨水平面内直线度导轨在水平面内直线度误差②导轨在垂直面内的直线度误差床身导轨在垂直面内有直线度误差，会引起刀尖产生切向位移△Z，造成工件在半径方向产生的误差为：△R≈△Z2/D设：△Z=△Y=0.1mm，D=40mm，则由于水平面内原始误差而产生的加工误差：△R=△Y=0.1mm,由于垂直面内原始误差产生的加工误差：△R≈△Z2/D=0.00025mm图示垂直平面导轨垂直面直线度ΔZdΔR≈△Z2/DΔZ导轨在垂直面内直线度误差Rd/2对平面磨床，龙门刨床及铣床等，误差敏感方向为加工表面的法线方向，导轨在垂直面内的直线度误差会引起工件相对于砂轮（刀具）产生法向位移，其误差将直接反映到被加工工件上，造成形状误差。结论：龙门刨床导轨垂直面内直线度误差1－刨刀2－工件3－工作台4－床身导轨原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，若产生在加工表面法向方向（误差敏感方向），对加工精度有直接影响；产生在加工表面切向方向（误差非敏感方向），可忽略不计。③前后导轨平行度误差的影响床身前后导轨有平行度误差（扭曲）时，会使车床溜板在沿床身移动时发生偏斜，从而使刀尖相对工件产生偏移，使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥度）。从几何关系中可得出：△y≈(H/B)△一般车床H≈2B/3，外圆磨床H≈B，因此该项原始误差△对加工精度的影响很大。车床前后导轨扭曲的最终结果反映在工件上，将产生加工误差△y。机床制造精度；导轨磨损：使用过程中的磨损及磨损不均匀（2班制工作9个月0.03mm）；机床安装质量（重型机床因自重导轨下沉2~3mm）导轨误差产生原因提高导轨精度的措施①提高机床导轨、溜板的制造精度及安装精度②采用耐磨合金铸铁导轨、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨等③采用静压导轨，利用压力油或压力空气的均化作用，可有效提高工作台的直线运动精度和精度保持性。在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之间有严格的传动比要求。要满足这一要求，机床内联系传动链的误差必须控制在允许的范围内。3）机床传动链误差定义：传动链误差是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。传动链末端元件产生的转角误差。表示：影响：滚、插、磨（展成法磨齿）齿轮等加工→齿距精度车、磨、铣螺纹→螺距精度举例：以滚齿机为例加以说明1n18028282842eac1i2028282856fbd72差11K若滚刀上的齿轮Z1有转角误差，造成工作台的转角误差为：11n若传动链中第i个元件有转角误差j该元件造成工作台的转角误差为：jnjnjjk图示kj—该元件至工作台之间的传动比→误差传递系数kj＞1（升速传动），误差被放大kj＜1（降速传动），误差被缩小12j1knnnnnjjΣ总误差：jnjjk①减少传动环节，缩短传动链，以减少误差来源。②提高传动元件，特别是提高末端传动元件（如车床丝杠螺母副、滚齿机分度蜗轮）的制造精度和装配精度。③传动链中按降速比递增的原则分配各传动副的传动比。传动链末端传动副的降速传动比越大，则传动链中其余各传动元件误差对传动精度的影响就越小。提高传动链精度的措施使工件相对于刀具和机床具有正确的位置。夹具的作用：（2）夹具误差与装夹误差夹具误差主要是指夹具的定位元件、导向元件及夹具体等零件的加工与装配误差夹具误差影响工件的尺寸精度与位置精度①夹具的制造精度②夹具的磨损影响因素：夹具的公差选取：精加工时取工件公差的1/2～1/3;粗加工时取工件公差的1/5～1/10。（3）刀具误差—刀具的尺寸误差影响工件的尺寸误差。—刀具的形状误差影响被加工面的形状误差刀具的制造精度影响加工精度展成法刀具（如齿轮滚刀、插齿刀等）定尺寸刀具（如钻头、铰刀、圆孔拉刀等）成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、盘形齿轮铣刀等）—刀刃的几何形状及有关尺寸精度会直接影响齿轮加工精度刀具磨损影响加工尺寸误差或形状误差刀具的磨损影响加工精度图例车刀的尺寸磨损图例车刀磨损过程提高措施提高制造精度，正确刃磨刀具；正确选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量；采用冷却润滑液；采用误差补偿装置。一批工件采用调整法加工时因定位不准确而引起的尺寸或位