機械加工精度

1、第五章第五章 機械加工精度機械加工精度 學習目的與要求學習目的與要求 （1）掌握機械加工精度的概念以及加工精度與加工誤差的關）掌握機械加工精度的概念以及加工精度與加工誤差的關 系系 （2）熟悉工藝系統(tǒng)的原始誤差種類及其對加工精度的影響，）熟悉工藝系統(tǒng)的原始誤差種類及其對加工精度的影響， （3）掌握加工誤差問題的綜合分析與解決）掌握加工誤差問題的綜合分析與解決 （4）掌握加工誤差的基本計算方法）掌握加工誤差的基本計算方法 （5）熟悉提高和保證加工精度的途徑、常用方法）熟悉提高和保證加工精度的途徑、常用方法 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第第5 5章章 機械加工精度機械加工精度 5.1 5.1 機械加工精度概

2、述機械加工精度概述 5.2 5.2 工藝系統(tǒng)的制造精度和磨損對工件精度的影響工藝系統(tǒng)的制造精度和磨損對工件精度的影響 5.3 5.3 工藝系統(tǒng)的受力變形及其對工件精度的影響工藝系統(tǒng)的受力變形及其對工件精度的影響 5.4 5.4 工藝系統(tǒng)的熱變形及其對工件精度的影響工藝系統(tǒng)的熱變形及其對工件精度的影響 5.5 5.5 保證和提高加工精度的途徑保證和提高加工精度的途徑 5.6 5.6 加工誤差的統(tǒng)計分析法加工誤差的統(tǒng)計分析法 5.7 5.7 點圖分析法點圖分析法 5.8 5.8 質量管理圖質量管理圖 一、精度的概念一、精度的概念 加工精度：加工精度： 加工誤差：加工誤差： 理想零件參數(shù)：理想零件參

3、數(shù)：尺寸、形狀、位置尺寸、形狀、位置 5.1 機械加工精度概述機械加工精度概述 機器質量機器質量零件質量零件質量精度精度 表面質量表面質量 材料材料 加工精度加工精度加工誤差加工誤差 理想零件理想零件 實際加工實際加工 零件幾何參數(shù)零件幾何參數(shù) 理想零件理想零件 幾何要素幾何要素 偏離程度偏離程度 符合程度符合程度 ( (幾何精度幾何精度) ) 機床的分類概述機床的分類概述 機床的傳統(tǒng)分類方法：機床的傳統(tǒng)分類方法：按加工性質和所用的刀具進行分類。 目前我國機床分為：目前我國機床分為：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床 、螺紋加工機床、銑床、刨插床、拉床、鋸床、其它機床、特 種加工機床。 5.

4、1 機械加工精度的基本概念機械加工精度的基本概念 （一）加工精度與加工誤差（一）加工精度與加工誤差 加工精度：加工精度：指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：加工誤差：零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度 （它是具體的誤差大?。?普通車床普通車床CA6140 臥式銑床臥式銑床 立式銑床立式銑床 立式鉆床立式鉆床 搖臂鉆床搖臂鉆床 臥式鏜床外形臥式鏜床外形 牛頭刨床牛頭刨床(Horizontal Shaper) 插齒插齒(Gear Shaping)機機 特種加工機床特種加工機床 二、獲得加工精度的方法二、獲得加工精度的方法 1、 2、

5、 試切法試切法 自動控制法自動控制法 獲得尺寸精度獲得尺寸精度 尺寸刀具法尺寸刀具法 調整法調整法 非成形非成形運動法：運動法：刮、研和對磨刮、研和對磨 成形成形運動法運動法 獲得形狀精度獲得形狀精度 點成形運動法：點成形運動法：軌跡法軌跡法 成形法成形法 線成形運動法線成形運動法 展成法展成法 零件的加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度。 1.尺寸精度：尺寸精度： 1）試切法（刀尖）試切法（刀尖）：即先試切出很小一部分加工表面，測量試切所得的尺寸， 按照加工要求適當調整刀具 切削刃相對工件的位置，再試切，再測量， 如此經(jīng)過二三次試切和測量，當被加工尺寸達到要求后，再切削整個待加 工面（適

6、合單件小批）； 2）定尺寸刀具法：）定尺寸刀具法：具有一定尺寸精度的刀具（如鉸刀、擴孔鉆、鉆頭等） 來保證被加工工件尺寸精度的方法； 3）調整法（刀尖）調整法（刀尖）：利用機床上的定程裝置、對刀裝置或預先調整好的刀架， 使刀具相對機床或夾具滿足一定的位置精度要求，然后加工一批工件。這種 方法需要采用夾具來實現(xiàn)裝夾，加工后工件精度的一致性好。 4）自動控制法：自動控制法：使用一定的裝置，在工件達到要求的尺寸時，自動停止加工。 分為自動測量和數(shù)字控制兩種，前者機床上具有自動測量工件尺寸的裝置， 在達到要求時，停止進刀；后者是根據(jù)預先編制好的機床數(shù)控程序實現(xiàn)進刀的。 試切法加工試切法加工 調整法加工

7、調整法加工 定尺寸刀具定尺寸刀具 法加工法加工 2. 形狀精度：形狀精度： 1)軌跡法：軌跡法：利用切削運動中刀具刀尖的運動軌跡形成被加工表面的 形狀。這種方法的所能達到的精度，主要取決于這種成形運動的 精度。 2)成形法；成形法；利用成形刀具切削刃的幾何形狀切出工件的形狀。這種 方法所能達到的精度， 主要取決于切削刃的形狀精度和刀具的裝 夾精度。 3) 展成法（展成法（包絡包絡）：利用刀具與工件作展成切削運動，切削刃在被 加工面上的包絡面形成的成形表面。這種加工方法所能達到的精 度，主要取決于機床展成運動的傳動鏈精度與刀具的制造精度。 軌跡法加工軌跡法加工 成形法加工成形法加工 展成法加工展

8、成法加工 找正法找正法 夾具夾具獲得位置精度獲得位置精度 機床裝夾面機床裝夾面 3、 例：用齒輪滾刀加工直齒圓柱齒輪齒面例：用齒輪滾刀加工直齒圓柱齒輪齒面 母線母線漸開線，展成法，需一個復合成形運動，漸開線，展成法，需一個復合成形運動，分解為滾刀旋轉分解為滾刀旋轉B11和和 工件旋轉工件旋轉B12，它們之間保持嚴格的相對運動關系它們之間保持嚴格的相對運動關系：滾刀每轉：滾刀每轉1/K（K 滾刀頭數(shù)）轉（滾刀頭數(shù)）轉（B11），），工件轉過工件轉過1/Z（Z齒輪齒數(shù)）轉即一個齒（齒輪齒數(shù)）轉即一個齒（B12 ）；）； 導線導線直線，相切法，需直線，相切法，需2個獨立的成形運動，即滾刀旋轉運動和滾

9、刀個獨立的成形運動，即滾刀旋轉運動和滾刀 沿工件軸向移動沿工件軸向移動A2。其中滾刀的旋轉運動與展成運動的一部分其中滾刀的旋轉運動與展成運動的一部分B11重重 合；合； （滾刀旋轉（滾刀旋轉B11是主運動，工件旋轉是主運動，工件旋轉B12和滾刀沿工件軸向移動和滾刀沿工件軸向移動A2 都是進給運動）都是進給運動） 故成形運動的總數(shù)只有故成形運動的總數(shù)只有2個：一個是復合成形運動（個：一個是復合成形運動（B11和和B12），）， 另一個是簡單成形運動另一個是簡單成形運動A2。 工件的定位過程可以由操作者直接在機床上利用千分表、劃線盤等工具， 找正某些有相互位置要求的表面，然后夾緊工件，稱之為直接找

10、正安裝。 1.直接找正； 找正法找正法 夾具夾具獲得位置精度獲得位置精度 機床裝夾面機床裝夾面 3、 2.劃線找正（鉗工手工作業(yè)） 是指按圖紙要求在工件表面上劃出位置線以及加工線和找正線，安裝工件時，先在機床 上按找正線找正工件的位置，然后夾緊工件。例如：要在長方形工件上鏜孔，可先在劃 線平臺上劃出孔的十字中心線，再畫出加工線和找正線（加工線和找正線之間的距離一 般為5毫米）。然后將工件安放在四爪單動卡盤上輕輕夾緊，轉動四爪單動卡盤，用劃 針檢查找正線，找正后夾緊工件。 特點：劃線安裝不需要其它專門設備，通用性好，生產(chǎn)率低，精度不高 （一般劃線找正的對線精度為0.1mm左右），適于單件、小批量

11、生產(chǎn)中復雜鑄件或者 鑄件精度較低的粗加工工序。 四爪單動卡盤 1-卡盤體 2-卡爪 3-絲桿 三、影響加工精度的因素三、影響加工精度的因素 1、原理誤差：、原理誤差：采用近似加工原理或近似刀具切削刃形采用近似加工原理或近似刀具切削刃形 狀狀 2、安裝誤差：、安裝誤差：定位誤差、夾緊誤差、夾具本身誤差定位誤差、夾緊誤差、夾具本身誤差 3、調整誤差：、調整誤差：調整方法與調整時的測量誤差等調整方法與調整時的測量誤差等 4、測量誤差：、測量誤差：量具本身、方法、溫度量具本身、方法、溫度 5、工藝系統(tǒng)的制造精度和磨損、工藝系統(tǒng)的制造精度和磨損 6、工藝系統(tǒng)的受力變形、工藝系統(tǒng)的受力變形 切削力、傳動力

12、、重力、離心力、夾緊力切削力、傳動力、重力、離心力、夾緊力 7、工藝系統(tǒng)的受熱變形、工藝系統(tǒng)的受熱變形 切削熱、環(huán)境、運動、電機切削熱、環(huán)境、運動、電機 原始誤差 5-2 工藝系統(tǒng)的制造精度和磨損工藝系統(tǒng)的制造精度和磨損 對加工精度的影響對加工精度的影響 制造誤差制造誤差 磨損誤差磨損誤差 機床誤差機床誤差( (來源來源) ) 安裝誤差安裝誤差 回轉運動回轉運動( (主軸主軸) )誤差誤差 直線運動直線運動( (導軌導軌) )誤差誤差 機床誤差機床誤差( (種類種類) ) 傳動誤差傳動誤差 幾何誤差幾何誤差( (位置位置) ) 一、機床主軸的回轉精度及其對工件精度的影響一、機床主軸的回轉精度及

13、其對工件精度的影響 1、主軸回轉精度的概念、主軸回轉精度的概念 回轉動態(tài)過程回轉動態(tài)過程 理想回轉中心：理想回轉中心：在主軸的任一界面上有一點在主軸的任一界面上有一點O其速度其速度 始終為始終為V0 瞬時回轉中心：瞬時回轉中心：實際存在的一個變動的回轉中心實際存在的一個變動的回轉中心 瞬時回轉軸線：瞬時回轉軸線：各瞬時回轉中心連線各瞬時回轉中心連線 t時間，時間，轉角轉角 瞬時回轉中心相對于理想回轉中心的位置變動量瞬時回轉中心相對于理想回轉中心的位置變動量 ( , )Sf t 誤差敏感方向：誤差敏感方向：過刀具尖點且與已加工表面垂直的方向（此點處即 工件加工表面的法線方向）。 例：車床加工外圓

14、時誤差敏感方向的分析 誤差敏感方向：誤差敏感方向：經(jīng)過刀具刀刃的切削點又垂直于已加經(jīng)過刀具刀刃的切削點又垂直于已加 工表面的方向。工表面的方向。誤差敏感方向上的誤差對工件加工精度誤差敏感方向上的誤差對工件加工精度 影響很大，而垂直于該方向的誤差則影響很小。影響很大，而垂直于該方向的誤差則影響很小。 主軸回轉精度：主軸回轉精度：主軸回轉軸線在回轉時相對其平均軸主軸回轉軸線在回轉時相對其平均軸 線的變動量在誤差敏感方向的最大位移值。線的變動量在誤差敏感方向的最大位移值。 徑向跳動徑向跳動軸向跳動軸向跳動擺動擺動 - - 瞬時回轉軸線瞬時回轉軸線-平均回轉軸線平均回轉軸線 主軸回轉誤差，一般討論時可

15、分解為主軸回轉誤差，一般討論時可分解為： 主軸徑向跳動主軸徑向跳動：它對工件的圓度影響最大; 主軸軸向竄動主軸軸向竄動：它對工件的端面和螺紋的螺距影響最大; 主軸的角度擺動主軸的角度擺動：它對工件形狀，端面平面度等有影響。 影響主軸回轉誤差的因素，主要有：影響主軸回轉誤差的因素，主要有： 1).主軸箱體上的主軸孔的圓度及同軸度； 2).主軸軸承精度； 3).主軸支承軸頸的圓度，止推面與軸線的垂直度；主軸撓度 （軸線不垂直度）； 4).主軸部件的裝配精度和預緊。 2、主軸回轉精度的分析、主軸回轉精度的分析 主軸徑向跳動分析主軸徑向跳動分析 滑動軸承滑動軸承 軸頸圓度、軸瓦內(nèi)孔圓度及其配合軸頸圓度

16、、軸瓦內(nèi)孔圓度及其配合 工件回轉類工件回轉類 機床機床 刀具回轉類刀具回轉類 軸頸軸頸 軸承軸承 主軸安裝主軸安裝 孔孔 軸承精度軸承精度 主軸精度主軸精度 影響因素影響因素 主軸孔精度主軸孔精度 滑動軸承滑動軸承 滾動軸承滾動軸承 軸承軸承 靜壓靜壓 動壓動壓 工件回轉類：工件回轉類：傳動力與切削力不變傳動力與切削力不變軸瓦接觸點不變軸瓦接觸點不變 軸頸影響軸頸影響軸瓦軸瓦 刀具回轉類：刀具回轉類：切削力回轉扭矩切削力回轉扭矩主軸頸接觸點不變主軸頸接觸點不變 軸瓦內(nèi)孔影響軸瓦內(nèi)孔影響，軸頸，軸頸 工件回轉類工件回轉類 刀具回轉類刀具回轉類 主軸幾何軸線主軸幾何軸線 徑向跳動產(chǎn)生徑向跳動產(chǎn)生

17、的加工誤差的加工誤差 軸承內(nèi)表面的圓度誤差軸承內(nèi)表面的圓度誤差對主軸徑向回轉精度影響較大； 主軸軸頸的圓度軸頸的圓度誤差對主軸徑向回轉精度影響較大； 1.主軸回轉軸線 2.主軸幾何軸線 同軸度誤差 頂尖車外園：掉頭兩段同軸度誤差 滾動軸承滾動軸承 此外，此外， 造成主軸軸向竄動的原因造成主軸軸向竄動的原因 工件回轉類：工件回轉類：內(nèi)環(huán)外道內(nèi)環(huán)外道外環(huán)內(nèi)道外環(huán)內(nèi)道 刀具回轉類：刀具回轉類：外環(huán)內(nèi)道外環(huán)內(nèi)道內(nèi)環(huán)外道內(nèi)環(huán)外道 滾動軸承尺寸、形狀：滾動軸承尺寸、形狀：低頻一半，變形一部分低頻一半，變形一部分 間隙間隙 軸頸：軸頸：內(nèi)環(huán)變形內(nèi)環(huán)變形 箱體孔：箱體孔：外環(huán)變形外環(huán)變形 安裝面：安裝面：傾斜

18、傾斜 軸向推力軸承定位軸向推力軸承定位影響影響端面平面度誤差端面平面度誤差 與螺旋誤差與螺旋誤差 軸承間隙軸承間隙 對主軸軸線位置的影響對主軸軸線位置的影響 推力軸承推力軸承 端面跳動的影響端面跳動的影響 定圈和動圈只要一個沒有端面跳動定圈和動圈只要一個沒有端面跳動 接觸點為誤差接觸點為誤差 的變化，取決的變化，取決 于于 B滾動軸承滾動軸承 與上述類似，同時滾動體影響與上述類似，同時滾動體影響 A A滑動滑動 0 0 座 竄 0 0 頸 竄 頸座 頸竄 頸座 竄座 軸串動取較小值軸串動取較小值 主軸回轉軸線的軸向跳動將產(chǎn)生加工端面的平面主軸回轉軸線的軸向跳動將產(chǎn)生加工端面的平面 度誤差度誤差

19、 主軸軸向跳動引起的加工誤差主軸軸向跳動引起的加工誤差 1.1.端面變成螺旋面；端面變成螺旋面； 2.2.對螺距影響大對螺距影響大 3、主軸回轉精度的測量、主軸回轉精度的測量 表測法表測法 雙向測量法（捷克雙向測量法（捷克VUOSO）刀具回轉）刀具回轉 當沒有回轉誤差時，間隙變化為當沒有回轉誤差時，間隙變化為 示波器上為示波器上為 回轉軸回轉軸 敏感方向敏感方向 缺點缺點 幾何軸偏心幾何軸偏心 動態(tài)動態(tài) cos sin ewt ewt x y cos sin Skewt Skewt x y 22 xy SSke coscos() sinsin() ewtwt ewtwt x y coscos(

20、) sinsin() Skewtkwt Skewtkwt x y 示波器上光點的向徑示波器上光點的向徑 為常數(shù)。為常數(shù)。 當主軸有偏差當主軸有偏差時時 示波器上，示波器上， 向徑為向徑為 22 2(coscos()sinsin()k eewtwtwtwt 坐標變換，使坐標變換，使x與與e重合重合 是是 與與 的和，的和， 即示波器銀屏變化即示波器銀屏變化 不能反映誤不能反映誤 差，只有差，只有e=0 或或 才能真正反映。才能真正反映。 李沙育圖李沙育圖，其半徑差為主軸回轉精度。，其半徑差為主軸回轉精度。 22 2cosk ee -ee e 0 cos r e 這種方法適合刀具回轉型機床的主軸這

21、種方法適合刀具回轉型機床的主軸 回轉精度測量，如回轉精度測量，如鏜鏜，而不適合車床，而不適合車床 測量鏜床測量鏜床 主軸回轉精度主軸回轉精度 鋼球安裝偏心鋼球安裝偏心 對測量的影響對測量的影響 單向測量法（美國單向測量法（美國LRL法）法） 測定車床主軸回轉測定車床主軸回轉 精度的方法精度的方法 誤差敏感方向為誤差敏感方向為Y Y方向方向 等偏心互相為等偏心互相為9090度的圓盤，目的是產(chǎn)生示波器上的基園度的圓盤，目的是產(chǎn)生示波器上的基園 y x esin ecos S 0 0 20 sinsin (1)sin (1)cos Skekek S kek S Skek S 1 22 120 (1)

22、SSkek S ke 0 Rkekk es 傳感器傳感器 傳感器傳感器 K K0 0KK 傳感器傳感器 示波器輸入信號示波器輸入信號 向徑為向徑為 當當 S=0 S=0 時，時， 當當 S0 S0 時時 放大放大K倍倍 放大放大K0倍倍 4、獲得高圓度工件的方法、獲得高圓度工件的方法 高精度主軸車床高精度主軸車床。 可高達可高達0.05微米微米 補償補償 使主軸誤差不反映到工件上使主軸誤差不反映到工件上 造成園度與不同軸度誤差造成園度與不同軸度誤差 二、直線運動精度對工件精度的影響二、直線運動精度對工件精度的影響 1、機床導軌精度指標、機床導軌精度指標 運動在水平面內(nèi)的直線度運動在水平面內(nèi)的直

23、線度 運動在垂直平面內(nèi)的直線度運動在垂直平面內(nèi)的直線度 前后導軌的平行度（扭曲）前后導軌的平行度（扭曲） 2、機床導軌誤差對加工精度的影響、機床導軌誤差對加工精度的影響 普通車床普通車床 水平面直線度：水平面直線度：1 1：1 1 影響縱截面形狀影響縱截面形狀 垂直面直線度：垂直面直線度：屬誤差不敏感方向，影響較小屬誤差不敏感方向，影響較小 扭曲影響：扭曲影響：可分解為水平、垂直可分解為水平、垂直 圖5-5 臥式車床導軌水平、垂直面內(nèi)直線度誤差 車床導軌扭曲對工件形狀的影響車床導軌扭曲對工件形狀的影響 機床導軌的磨損，主要影響到水平面內(nèi)直線度。 臥式車床導軌水平、垂直面內(nèi)直線度誤差、導軌扭曲加

24、工精度的影響 外圓磨床：外圓磨床：與車床相同。但由于要求高，不提高導軌、與車床相同。但由于要求高，不提高導軌、 工作臺定位面精度要求，采用工作臺定位面精度要求，采用工作臺轉角調整抵消工作臺轉角調整抵消 龍門刨床：龍門刨床：就地刨就地刨 鏜：鏜： 固定鏜固定鏜 浮動鏜：浮動鏜：不影響不影響 水平：水平：影響影響 垂直：垂直：影響影響 3、導軌運動誤差的來源導軌運動誤差的來源 新機床導軌的制造精度新機床導軌的制造精度 磨損磨損材料表面處理，潤滑材料表面處理，潤滑 安裝精度安裝精度地基，地基， 找正找正 三、機床的幾何精度對加工精度的影響三、機床的幾何精度對加工精度的影響 幾何精度幾何精度各成形運動

25、在空間的相互位置準確性各成形運動在空間的相互位置準確性 車外圓車外圓 誤差具體形狀具體分析誤差具體形狀具體分析 相交線（不在同一平面內(nèi)）相交線（不在同一平面內(nèi)）雙曲面雙曲面 回轉軸線與導軌水平面不平行回轉軸線與導軌水平面不平行錐度錐度 車端面車端面回轉軸線與導軌不垂直回轉軸線與導軌不垂直凸面，凹面凸面，凹面 鏜孔鏜孔 銑平面銑平面 滾齒機滾齒機 四、機床的傳動精度及對加工精度的影響四、機床的傳動精度及對加工精度的影響 1、機床傳動精度分析、機床傳動精度分析 指傳動鏈始末端允許的相對轉角誤差，一般用末端元件的實際轉角與傳動鏈 理論轉角之差來表示。（圖5-13 Y3180型滾齒機傳動鏈圖） 3.3

26、.傳動鏈誤差：傳動鏈誤差： 主要指內(nèi)傳動鏈誤差，由于內(nèi)傳動鏈需要傳遞準確的運動關系， 即保證準確的傳動比。如車床上加工螺紋，滾齒機上的展成傳動鏈。 (1)(1)外聯(lián)系傳動鏈：運動源外聯(lián)系傳動鏈：運動源執(zhí)行件執(zhí)行件 聯(lián)系動源和機床執(zhí)行件，使執(zhí)行件得到運動，并能改變運動的速聯(lián)系動源和機床執(zhí)行件，使執(zhí)行件得到運動，并能改變運動的速 度度 和方向，但不要求動源和執(zhí)行件之間有嚴格的傳動比關系。和方向，但不要求動源和執(zhí)行件之間有嚴格的傳動比關系。 例如：車螺紋時，從電機到車床主軸的傳動鏈就是外聯(lián)系傳動鍵，例如：車螺紋時，從電機到車床主軸的傳動鏈就是外聯(lián)系傳動鍵， 它只決定車螺紋速度的快慢，而不影響螺紋表面

27、的成形。它只決定車螺紋速度的快慢，而不影響螺紋表面的成形。 外聯(lián)系傳動鏈外聯(lián)系傳動鏈 (2) 內(nèi)聯(lián)系傳動鏈：執(zhí)行件內(nèi)聯(lián)系傳動鏈：執(zhí)行件執(zhí)行件執(zhí)行件 聯(lián)系復合運動之內(nèi)的各個分解部分，傳動鏈所聯(lián)系的執(zhí)行件相聯(lián)系復合運動之內(nèi)的各個分解部分，傳動鏈所聯(lián)系的執(zhí)行件相 互之間的相對速度（及相對位移量）有嚴格的要求，用來保證運互之間的相對速度（及相對位移量）有嚴格的要求，用來保證運 動的軌跡。動的軌跡。 例如：車螺紋時，為保證所需螺紋的導程大小，主軸（工件）轉例如：車螺紋時，為保證所需螺紋的導程大小，主軸（工件）轉 一周時，車刀必須沿工件軸向移動一個導程。聯(lián)系主軸一周時，車刀必須沿工件軸向移動一個導程。聯(lián)系

28、主軸刀架之刀架之 間的螺紋傳動鏈，就是一條傳動比有嚴格要求的內(nèi)聯(lián)系傳動鍵。間的螺紋傳動鏈，就是一條傳動比有嚴格要求的內(nèi)聯(lián)系傳動鍵。 五、機床的定位精度對工件精度的影響五、機床的定位精度對工件精度的影響 定位精度：定位精度：工作臺從一個位置移動到另一個位置的準確度工作臺從一個位置移動到另一個位置的準確度 1、進給機構的傳動精度、進給機構的傳動精度 主要取決于選用的進給機構型式及進給機構的傳動精度主要取決于選用的進給機構型式及進給機構的傳動精度 齒輪輪系與絲杠齒輪輪系與絲杠 2、進給與測量分開時的測量精度、進給與測量分開時的測量精度 避免進給系統(tǒng)磨損避免進給系統(tǒng)磨損誤差誤差但但被測的與實際的不在一

29、條被測的與實際的不在一條 直線上產(chǎn)生的誤差直線上產(chǎn)生的誤差 3、爬行誤差、爬行誤差 解決辦法解決辦法 動動靜系數(shù)不一樣靜系數(shù)不一樣 剛度剛度 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù) 提高系統(tǒng)剛度提高系統(tǒng)剛度電致伸縮電致伸縮 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)動靜相等；滾動、低塑料動靜相等；滾動、低塑料 調整速度調整速度 六、刀具、夾具、量具的制造精度和磨損對工六、刀具、夾具、量具的制造精度和磨損對工 件影響件影響 1、刀具的制造精度和磨損的影響、刀具的制造精度和磨損的影響 尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨損對加尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨損對加 工精度的影響工精度的影響 鉆頭、絞刀、鏜刀塊、拉刀鉆頭、絞刀、鏜刀塊、拉刀影

30、響尺寸影響尺寸磨損后磨損后 不能重修復不能重修復 滾刀、插刀、成形車刀滾刀、插刀、成形車刀影響形狀影響形狀重磨重磨 一般刀具的磨損對加工精度的影響一般刀具的磨損對加工精度的影響 如車刀、鏜刀、銑刀等，制造精度不會影響加工尺如車刀、鏜刀、銑刀等，制造精度不會影響加工尺 寸，但磨損則產(chǎn)生影響寸，但磨損則產(chǎn)生影響 一：一：起始磨損，非線性起始磨損，非線性 二：二：正常磨損，正常磨損， 三：三：快速（劇烈）磨損快速（劇烈）磨損 三個階段三個階段 減少影響方法減少影響方法 尺寸補償尺寸補償 選用耐磨刀具材料選用耐磨刀具材料復合氮化硅，立方氮化硅復合氮化硅，立方氮化硅 降低切削速度，延長刀具壽命降低切削速

31、度，延長刀具壽命 砂輪的磨損及修復（快、與硬度有關）砂輪的磨損及修復（快、與硬度有關） 2、夾具的制造精度和磨損、夾具的制造精度和磨損 夾具的制造精度和磨損影響工件的精度夾具的制造精度和磨損影響工件的精度 3、量具、量具 測量誤差為工件公差的測量誤差為工件公差的 ，最多，最多 外圓磨床，直徑大外圓磨床，直徑大對工件尺寸形狀影響小對工件尺寸形狀影響小 內(nèi)圓磨床，直徑小內(nèi)圓磨床，直徑小磨損對工件精度影響大磨損對工件精度影響大 齒輪磨床，大平面磨床齒輪磨床，大平面磨床磨損對工件精度影響大磨損對工件精度影響大 11 106 1 3 5-3 工藝系統(tǒng)的工藝系統(tǒng)的 受力變形及其對工件精度的影響受力變形及其

32、對工件精度的影響 一、基本概念一、基本概念 1、變形現(xiàn)象、變形現(xiàn)象 車棒車棒 車長軸車長軸磨孔磨孔 2、概念、概念 剛度：剛度：物體或構件受外力后抵抗變形的能力物體或構件受外力后抵抗變形的能力 工藝系統(tǒng)的剛度：工藝系統(tǒng)的剛度：在誤差敏感方向上的分力在誤差敏感方向上的分力p py y與在與在 此方向上刀具對工件的變形（位移）量此方向上刀具對工件的變形（位移）量y y的比值的比值 靜剛度：靜剛度：在靜態(tài)條件下靜力與變形的比值在靜態(tài)條件下靜力與變形的比值 動剛度：動剛度：某一頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生單位振幅所需的激振某一頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生單位振幅所需的激振 力幅值力幅值 y s p k y 工藝系統(tǒng)的剛度工藝系統(tǒng)

33、的剛度 1.定義：作用在工件上誤差敏感方向上（Y）的徑向切削分力Fy與 工藝系統(tǒng)（車床、刀具、工件、夾具）在該方向上的總變形之比。 系統(tǒng) 系統(tǒng) y F k y 系統(tǒng) y 是Fx（走刀）， F Y 是（徑向）， Z F Z F 綜合作用下沿Y方向的變形量。 （垂直）， 圖5-18 刀架在不同方向切削力作用下的變形 工件刀具夾具機床系統(tǒng) yyyyy 系統(tǒng) 系統(tǒng) y F k y 機床 機床 y F k y 夾具 夾具 y F k y 刀具 刀具 y F k y 工件 工件 y F k y I 11111 =+ KKKKK 刀系夾機床 （串聯(lián)系統(tǒng)） 圖5-26 工藝系統(tǒng)受力變形隨施加力點的變化而變化的

34、情況 a)內(nèi)圓磨床 b)單臂龍門刨床 c)臥式鏜床，鏜桿進給 d)工件進給 二、機床部件剛度特點及影響因素二、機床部件剛度特點及影響因素 車床剛度的單向靜測定車床剛度的單向靜測定 1.百分表；2.測力環(huán)；3.加載器;4.加載螺釘；5.刀架；6.心軸 1、部件變形過程與剛度曲線特點、部件變形過程與剛度曲線特點 （1）加載變形曲線）加載變形曲線不成線性不成線性 有預緊力，當載荷有預緊力，當載荷 有剛性很差的零件，當該有剛性很差的零件，當該 大于力時，大于力時，K變小變小 零件變形減小時，零件變形減小時，K增大增大 （2）正反加卸載變形曲線）正反加卸載變形曲線 不重合不重合 凸 py y 凹 py

35、y 塑性變形摩擦力等消耗能量塑性變形摩擦力等消耗能量 最大間隙最大間隙 磁磁 滯滯 5 641 2 3 （2）正反加卸載變形曲線）正反加卸載變形曲線 不重合不重合 （3）多次重復加載變形曲線）多次重復加載變形曲線 第一次加載第一次加載“磁滯磁滯”現(xiàn)象嚴重，以后減小現(xiàn)象嚴重，以后減小 加、卸載曲線接近，起始點重合加、卸載曲線接近，起始點重合 塑性變形摩擦力等消耗能量塑性變形摩擦力等消耗能量 最大間隙最大間隙 磁磁 滯滯 5 641 2 3 （4）部件剛度曲線特點）部件剛度曲線特點 力和變形不是直線性，不符合胡克定律力和變形不是直線性，不符合胡克定律部件變部件變 形不純粹是彈性變形形不純粹是彈性變

36、形 加載與卸載曲線不重合加載與卸載曲線不重合 當載荷去除后，變形不能恢復原點當載荷去除后，變形不能恢復原點有塑性變形。有塑性變形。 反復加載后，殘余變形減到反復加載后，殘余變形減到0，重合，重合 部件剛度遠比想象小部件剛度遠比想象小 接觸變形接觸變形 克服摩擦力克服摩擦力 損失能量損失能量 2、影響部件剛度的因素、影響部件剛度的因素 接觸變形接觸變形 個別薄弱環(huán)節(jié)個別薄弱環(huán)節(jié) 連接夾緊力的影響連接夾緊力的影響 摩擦力摩擦力 間隙影響間隙影響 變形的復合性變形的復合性 兩零件接觸面接觸情況兩零件接觸面接觸情況 間隙對剛度影響曲線間隙對剛度影響曲線 機床剛度中薄弱環(huán)節(jié)機床剛度中薄弱環(huán)節(jié) 刀架鑲條接

37、觸情況差刀架鑲條接觸情況差 主軸錐孔有中凸情形主軸錐孔有中凸情形 11111 kkkkk 刀具系統(tǒng)夾具工件機床 + yyyyy 刀具系統(tǒng)夾具工件機床 + y p k y 系統(tǒng) 系統(tǒng) 、 y p k y 機床 機床 、 y p k y 夾具 夾具 、 y p k y 刀具 刀具 、 y p k y 工件 工件 11111 kkkkk 刀具系統(tǒng)夾具工件機床 + 三、工藝系統(tǒng)的剛度三、工藝系統(tǒng)的剛度 工藝系統(tǒng)總變形及合成剛度為工藝系統(tǒng)總變形及合成剛度為 而而 因此，有因此，有 四、工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響四、工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響 1、由于切削力產(chǎn)生的系統(tǒng)變形對加工精度的影響由于切

38、削力產(chǎn)生的系統(tǒng)變形對加工精度的影響 （1）由于切削點位置的變化引起的剛度、變形變化而產(chǎn)生）由于切削點位置的變化引起的剛度、變形變化而產(chǎn)生 的形狀誤差的形狀誤差 工件短粗，剛度高工件短粗，剛度高鞍形鞍形 P P尾 尾 力：力： 位移：位移： () y lx PP l y頭 y x PP l y尾 () y ss PP lx y KKl 頭 頭 頭頭 y ss PP x y KKl 尾 尾 尾尾 ()() x xlxx yyyyyy lll 尾尾頭頭頭 22 ()( ) yy ss PP lxx y KlKl 尾尾 此時刀架變形為此時刀架變形為 因此，因此， 當當 當當 當當 y s P y K

39、刀架 刀架 22 ()( ) yyy x sss PPP lxx yyy KlKlK 刀架機床 頭頭刀架 22 111 ()( ) y ssss P lxx KKlKlK 尾頭刀架機床 0, yy ss PP xy KK 機床 頭刀架 , yy ss PP xl y KK 機床 尾刀架 , 244 yyy sss PPP l xy KKK 機床 尾頭刀架 工件細長工件細長鼓形鼓形 和和 時，時， 時，最大，為時，最大，為 剛度在該工件軸向的各個位置是不同的剛度在該工件軸向的各個位置是不同的 加工后工件各橫截面的直徑尺寸也不同加工后工件各橫截面的直徑尺寸也不同 形狀誤差（錐度、鼓形、鞍形等）形狀

40、誤差（錐度、鼓形、鞍形等） 33 22 22 1 () ( ) () 33 yy PlPl xlxx lx y EIllEIl 0 x xl 1 0y 2 l x 3 1 48 y Pl y EI （2）由于工件加工余量不均或其他原因）由于工件加工余量不均或其他原因 導致導致切削力變化切削力變化變形變化變形變化引起形狀尺寸誤差引起形狀尺寸誤差 對于對于橢圓毛坯：切深大橢圓毛坯：切深大力大力大變形大變形大橢圓橢圓 A-A-毛胚形狀毛胚形狀 B-B-加工后的零件加工后的零件 毛坯的形狀誤差，圓度、圓柱度、平面度等都以一毛坯的形狀誤差，圓度、圓柱度、平面度等都以一 定誤差復映成工件的加工誤差，這是由

41、余量不均引起定誤差復映成工件的加工誤差，這是由余量不均引起 的的 采用多次走刀減小誤差復映采用多次走刀減小誤差復映 調整法加工時，毛坯大小不一調整法加工時，毛坯大小不一工件尺寸分散工件尺寸分散計計 算誤差復映算誤差復映 誤差復映誤差復映 圖5-27 車削時的誤差復映 機理機理：由于工件存在形狀誤差，如橢圓，刀具在長、短軸位置的背吃刀量 p a 不同， 切削力 y F 相對位置改變，走刀后工件產(chǎn)生與原有形狀相似的誤差。 也隨之不同，工藝系統(tǒng)的變形不同，使刀具與工件間 毛坯圓度誤差 21 pp aa毛 ，工件加工后圓度誤差 21 yy I 則：誤差復映系統(tǒng) 為： 1 毛 I （5-11） 其實質是

42、機床剛度 不足引起的讓刀 )( 21 21 21 21 pp yy pp aak FF aa yy 系 （5-12） 1 y 2 y,讓刀變形 n x p y yy HBafCF 式中： yC與刀具前角等切削條件有關的系數(shù)； f進給量； p a 背吃刀量； HB 工件材料的布化硬度； zyx,指數(shù)。 在一次走刀加工中，材料、進給、切削條件不變，令 ny y HBfCC 車削加工中， 1x 則 )( 1 11 yaCF py )( 2 22 yaCF py 11 py aCF 2 2 py aCF 系系系 k C aak aaC aak FF pp pp pp yy )( )( )( 21 21

43、 21 21 (5-15) 減小誤差復映的措施減小誤差復映的措施： a,提高工藝系統(tǒng)的剛度，(5-15) b,多次走刀， 1，其乘積 21 更小(5-11) C, 毛 I ， 毛，也可使 I (5-11) 2、由于夾緊力、重力等產(chǎn)生的系統(tǒng)變形對加工精度影響、由于夾緊力、重力等產(chǎn)生的系統(tǒng)變形對加工精度影響 （1）由于工件的夾緊變形引起的加工誤差）由于工件的夾緊變形引起的加工誤差 床身導軌面床身導軌面 應用應用 薄板零件的磨削薄板零件的磨削墊入薄橡皮 （2）由于重力所引起的加工誤差）由于重力所引起的加工誤差 重力引起機床變形重力引起機床變形 五、由于內(nèi)應力產(chǎn)生變形對加工精度影響五、由于內(nèi)應力產(chǎn)生變

44、形對加工精度影響 內(nèi)應力：內(nèi)應力：零件在沒有外加載荷作用下，加工后內(nèi)零件在沒有外加載荷作用下，加工后內(nèi) 部存在的應力成為殘余內(nèi)應力，稱為部存在的應力成為殘余內(nèi)應力，稱為。 工件在鑄、鍛、切削后內(nèi)部應力相互平衡工件在鑄、鍛、切削后內(nèi)部應力相互平衡 一旦外界條件變化一旦外界條件變化平衡破壞平衡破壞變形變形 冷加工冷加工 溫度溫度 振動振動 平衡破壞平衡破壞變形變形 外界條件外界條件 1、內(nèi)應力的產(chǎn)生、內(nèi)應力的產(chǎn)生 毛坯：工件壁厚不均毛坯：工件壁厚不均 工件切削內(nèi)應力工件切削內(nèi)應力 熱處理熱處理 校直校直 2、內(nèi)應力的減少和消除法、內(nèi)應力的減少和消除法 時效處理：天然、人工時效處理：天然、人工 鑄、鍛件結構，應壁厚均勻，不能差太多鑄、鍛件結構，應壁厚均勻，不能差太多 零件的結構主要考慮零件的結構主要考慮剛度剛度問題問題 機械加工時，注意減少切削力機械加工時，注意減少切削力 盡量不采用冷校直盡量不采用冷校直 六、機床剛度的測定六、機床剛度的測定 1、機