03第三讲-加工精度与导轨误差

1机械制造工艺过程第三讲本次课程目标机械加工精度与加工误差原始误差及其分类误差的敏感方向研究加工精度的方法加工原理误差调整误差机床导轨导向误差2加工精度与加工误差3加工精度：零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。符合程度越高则加工精度就越高。加工误差：零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度称为加工误差。加工误差的大小表示了加工精度的高低，加工误差是加工精度的度量。4加工精度定义：实际→理想，几何参数的符合程度。加工精度与加工误差：加工精度，符合程度；加工误差，偏差大小。加工精度与经济性：加工精度高，成本高，生产力低。加工精度与加工误差5右图为加工一批小轴外径尺寸分布图。对每个零件可测出一个肯定的值误差=d(实际)-d(理想)；各个零件可能不一样，但一批零件的误差有一个变化范围精度=d(实际最大)-d(实际最小)，精度表示一批工件误差重复的程度公差是设计人员根据零件的使用要求在设计图纸上合理规定的加工范围,又称设计精度公差=d(max)-d(min)实例讲解（1）举例:在组合镗床上用调整法精镗一批工件的孔,图纸要求孔的直径为，测得的实际尺寸列表如下:6mm10.006012345678910A60.0760.0860.0760.0960.1060.0760.0660.0660.0860.10B60.0860.1060.0860.0760.0560.0660.0860.1060.0960.09C60.0660.0560.0560.0460.0560.0560.0660.0660.0860.06D60.0860.0760.0460.0560.0760.0960.1060.0860.0660.09E60.0960.0860.0960.1060.0960.0860.0960.0760.0860.10实例讲解（2）7最大尺寸：D(max)=60.10(mm)，D(min)=60.04(mm)该批工件所能达到的加工精度为全部工件的尺寸分散D(max)-D(min)=0.06mm图纸要求：孔径尺寸为60.0－60.10(mm),全部合格。理想尺寸：公差带的平均尺寸D(M)=60+(0.1)/2=60.05mm最大加工误差：D(max)-D(M)=60.10-60.05=0.05mm最小加工误差：D(min)-D(M)=60.04-60.05=-0.01mm实例讲解（3）举例1.0011.0011.0016.001.00±0.0016.00±0.001设计要求:制造结果:1你接受我制造出来的零件吗?2问题是什么?3如何消除该问题?直线度1.000'±0.0020.001MeasurederrorŠ0.0011.000'±0.0020.0010.001设计含义平面度1.000'±0.0020.0010.001parallelplanes圆度033.00301.00'±0.050.01Atanysectionalongthecylinder举例12零件的加工精度应包含哪些内容？几何形状、尺寸、表面相互位置。尺寸精度：长度500.1；内径外径几何形状精度：圆度0.01；位置精度：平行度0.02；033.003040通常形状公差应限制在位置公差之内，而位置公差一般也应限制在尺寸公差之内。当尺寸精度要求高时，相应的位置精度、形状精度也要求高。但形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度有时不一定要求高.13零件加工精度的关系零件的加工精度高，则加工成本高，生产效率低。零件的尺寸、几何形状和表面间相对位置的形成，取决于工件和刀具在切削运动过程中相互位置的关系。工艺系统：机床、夹具、刀具和工件组成的一个系统。14零件加工精度相关常识弄清各种原始误差的物理、力学本质;它们对加工精度影响的规律;掌握控制加工误差的方法,以期获得预期的加工精度;需要时能找出进一步提高加工精度的途径。15研究加工精度的目的16影响机械加工精度的因素（1）活塞加工中精镗销孔工序的加工过程中，影响工件和刀具间相互位置的因素有哪些？影响机械加工精度的因素（2）1装夹设计基准与定位基准不重合、夹紧误差、间隙引起的定位误差等等2调整调整误差、机床、刀具、夹具本身的制造误差3加工切削力、切削热和摩擦等，引起工件和刀具之间的相对位置，造成种种加工误差。4还有测量、热、力、近似成形方法、内应力及原理误差等等。1718工艺系统：机床，夹具，刀具，工件原始误差：工艺系统误差。原始误差来源：工艺系统本身→加工原理误差，机床、夹具、刀具制造误差，工件装夹误差。加工过程中出现→力、热、振动、磨损等。加工误差来源和原始误差19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分类20误差敏感方向（1）21敏感方向：原始误差产生在加工表面的法线方向；不敏感方向：原始误差产生在加工表面的切线方向。o误差敏感方向（2）22ΔRYΔYΔRX202YYRR（1）XRX（2）显然：XYRR误差敏感方向一般为已加工表面过切削点的法线方向。误差敏感方向ＯYXa）ＯYXb）误差敏感方向（3）23研究加工精度的方法单因素分析法(理论和实验方法)通过分析计算或实验、测试等方法，研究某一确定因素对加工精度的影响，主要是分析各项误差单独的变化规律。统计分析法（数学方法）运用数理统计方法对生产中一批工件的实测结果进行数据处理，用以控制工艺过程的正常进行。24单因素分析法和统计分析法，这两种方法在生产实际中往往结合起来应用。一般先用统计分析法找出误差的出现规律，判断产生加工误差的可能原因，然后运用单因素分析法进行分析、试验，以便迅速有效地找出影响加工精度的关键因素。研究加工精度的方法25式中R—球头刀半径；h—允许的残留高度。例：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件Sh空间曲面数控加工8SRh加工原理误差加工原理误差：是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓代替理论的成形运动或刀刃形状进行加工面产生的误差。26行切法：球头刀与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离S是按零件加工要求确定的。将空间立体形面视为众多的平面截线的集合，每次走刀加工出其中的一条截线。每两次走刀之间的行间距为s。空间直线插补功能：平面曲线由许多很短的折线去逼近。加工原理误差27加工零件表面时，重要点是工件和刀具之间的运动联系。如螺纹加工，齿轮加工。成形刀具加工成形表面也存在加工误差，如齿轮滚刀有两种误差：1齿形---阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线基本蜗杆；2齿数有限代替无限光滑。模数铣刀成形铣削齿轮，采用近似刀刃齿廓，也属加工原理误差。加工原理误差调整误差试切法调整：试切、测量、调整、直至符合规定的尺寸要求，在正式切削出整个待加工表面。引起试切调整误差的因素：1测量误差：量具本身的精度、测量方法或使用条件下的误差（温度影响、操作者的细心程度）2机床进给机构的位移误差(“爬行”现象)28调整误差293试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响：A不同材料的刀具刃口半径不同，最小切削层厚度不同。B精加工：试切最后一刀往往很薄，切削厚度过小，打滑。C粗加工：试切最后一刀切削层厚度较大，刀刃不会打滑。D正式切削切深更大，受力变形也很大。所切除的金属层厚度就比试切部分小，同样引起工件的尺寸误差。调整法试切调整与样件（样板）调整除试切法调整精度的因素外，其他因素：1定程机构误差：行程档块、靠模、凸轮等制造精度和调整，离合器、电灯开关等的灵敏度等。2样件或样板的误差：样板制造误差、安装误差、对刀误差等。3测量有限试件造成的误差：试切数量有限，不能把整批切削各种随机误差完全反映出来。3031测量误差。试切时与正式切削时切削厚度不同造成的误差。机床进给机构的位移误差。定程机构误差。样件或样板误差。测量有限试件造成的误差。a）b）图试切法与调整法试切法（图a）调整法（图b）试切法与调整法32引起机床误差的原因有：机床的制造误差安装误差机床磨损机床误差的项目很多，对加工精度影响较大的是：导轨导向误差主轴回转误差传动链误差工艺系统的制造误差及磨损机床导轨导向误差导轨导向精度：机床导轨副的运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度。导轨导向误差：机床导轨副的运动件实际运动方向与理想运动方向两者之间的偏差称为导向误差。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。3334导轨导向误差包括：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）。机床导轨导向误差35图：机床导轨误差对加工精度的影响（1）１）在水平面内的直线度误差，是敏感方向，影响尺寸误差和形状误差。如车、磨床。36图：导轨误差对车削圆柱面精度的影响（1）图例分析引起的加工误差考虑很小，可以忽略，只需）（加工表面圆柱度误差）（加工半径误差yzDzRzyyRyRyzy23/)(:13:2minmaxmax372）垂直面内的直线度误差：车、磨床：非敏感方向，影响很少；铣、刨、平磨、转塔车：敏感方向，影响大（尺寸、形状）。38机床导轨误差对加工精度的影响（2）ΔX图导轨扭曲引起的加工误差δΔRDαBXY3）前后导轨平行度（扭曲）：分解为水平方向和垂直方向分量前后导轨的扭曲量导轨倾斜度导轨宽度车床中心高半径误差前后导轨不平行，加工::::/aBHBHaHyRr机床导轨误差对加工精度的影响（3）40镗刀杆进给：导轨不直、扭曲或者与镗杆轴线不平行等误差，引起镗出的孔与其基准的相互位置误差，不会产生孔的形状误差。镗床误差敏感方向是随主轴回转而变化的，导轨在水平面及垂直面内的直线度误差均直接影响加工精度。普通镗：工作台进给，导轨不直（扭曲），加工孔的轴线不直。导轨与主轴回转轴线不平行，则镗出的孔呈椭圆形。机床导轨误差对加工精度的影响（3）机床导轨副的磨损：与工作的连续性、负荷特性、工作条件、导轨的材质和机构有关。一般卧式车床，两班制使用一年后，前导轨（三角形导轨）磨损量可达0.04-0.05mm;粗加工条件下，磨损量可达到0.1-0.2mm.41机床导轨误差对加工精度的影响（3）（２）提高直线运动精度的措施选用合理的导轨形状和导轨组合形式，合理的形状参数提高精度：加工精度，配合精度减少磨损：静压导轨，贴塑导轨。42机床导轨误差对加工精度的影响（3）例题分析：在车床上车孔时，若主轴回转运动与刀具的直线进给运动均很准确，只是它们在水平面内或垂直面上不平行，试分别分析在只考虑机床主轴与导轨的相互位置误差的影响时，加工后工件内孔将产生什么样的形状误差？参考答案：见a、b图4344例题分析例题为什么对车床床身导轨在水平面的直线度要求要高于在垂直面的直线度要求？而对平面磨床的床身导轨其要求则相反呢？对镗床导轨的直线度为什么在水平面与垂直面都有较高的要求？参考答案：普通车床的车刀是水平安装的，床身导轨在水平面内的直线度误差直接反映为刀具在被加工表面的法线方向上的尺寸变化，对加工直径的影响大。磨削平面时，加工表面的法线方向在垂直面上，因此对平面磨床床身导轨在垂直面上的直线度有较高的要求。在镗床上镗孔时，加工表面的法线方向是不断变换的，镗床导轨在水平面与垂直面的直线度误差都对镗孔的径向尺寸有明显的影响，因而都有较高的要求。46例题分析47有一车床使用年限较久，前后导轨磨损不均，前棱形导轨磨损大，且中间最明显，行程导轨扭曲，经测量前后导轨在垂直面内的平行度（扭曲值）为0.015/1000,试求所加工的工件几何形状的误差