第三章 機械加工精度

1、第三章 機械加工精度Machining Precision§3-1概述 零件的加工質(zhì)量： 機械加工精度 加工表面質(zhì)量一、機械加工精度 1、概念 (1)加工精度：零件加工后的實際幾何參數(shù)(即尺寸、形狀和表面間的相互位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。（由各種因素影響-不可能完全符合.） (2)加工誤差：加工后零件的實際幾何參數(shù)(即尺寸、形狀和表面間的相互位置)對理想幾何參數(shù)的偏離程度。 （零件可以允許有一定的加工誤差-保證產(chǎn)品的使用性能,保證和提高加工精度問題-實際上就是限制和降低加工誤差問題） （1）加工精度的高低- - 加工誤差的大小表示 （2）加工精度(尺寸,形狀,位置精度)三者關(guān)系

2、 位置公差限制在尺寸公差之內(nèi)： 尺寸精度高位置精度高 形狀公差限制在位置公差內(nèi)： 位置精度高形狀精度高 反之不成立（3）加工精度、加工成本、生產(chǎn)率三者關(guān)系 設計人員-合理規(guī)定加工精度 工藝人員-依設計要求、生產(chǎn)條件、用適當方法保證高生產(chǎn)率和低 成本. 2. 工藝系統(tǒng) 定義: 在機械加工時,機床、夾具、刀具和工件就構(gòu)成了一個完整的系統(tǒng). 工藝系統(tǒng)誤差(原始誤差)-因 加工誤差-果3. 研究加工精度的目的: 弄清各種原始誤差的物理、力學本質(zhì)及對加工精度的影響規(guī)律,掌握控制加工誤差的方法，找到提高加工精度的途徑，得預期的加工精度。二、影響機械加工精度的因素原始誤差 幾何誤差(與工藝系統(tǒng)初始狀態(tài)有關(guān)的

3、原始誤差) 原理誤差 定位誤差 調(diào)整誤差 刀具誤差 夾具誤差 工件相對刀具在靜止狀態(tài)下已存在誤差 機床主軸回轉(zhuǎn)誤差 機床導軌導向誤差 機床傳動誤差工件相對刀具在運動狀態(tài)下已存在誤差 動誤差（與工藝過程有關(guān)的原始誤差） 工藝系統(tǒng)受力變形(包括夾緊變形) 工藝系統(tǒng)受熱變形 刀具磨損 測量誤差 工件殘余應力引起變形三、誤差敏感方向 對加工精度影響最大的方向（圖3-2）§3-2工藝系統(tǒng)的幾何精度對加工精度的影響一、加工原理誤差采用近似的成形運動 用展成法切削齒輪（刀齒有限,微小折線組成曲線） 三坐標數(shù)控銑削復雜形面零件-用球頭刀（圖3-3）近似的刀刃輪廓 用滾刀切削漸開線齒輪(用阿基米德蝸桿

4、代替漸開線蝸桿，軸向截 面為直線齒形) 用模數(shù)銑刀加工漸開線齒輪（用一把模數(shù)銑刀加工模數(shù)一定齒數(shù) 范圍的齒輪）二、調(diào)整誤差1.試切法：誤差來源：(1)測量誤差.(2)微進給機構(gòu)的位移誤差-"爬行"現(xiàn)象.(3)切割層太薄-刀刃打滑2.按樣件或樣板調(diào)整：樣件或樣板本身的制造安裝誤差及對刀誤差3.定程機構(gòu)誤差：行程擋塊、靠模、凸輪等機構(gòu)的制造精度和調(diào)整，以及與其配合使用的離合器、電氣開關(guān)、控制閥等的靈敏度三、機床誤差（一） 機床導軌導向誤差1.導軌在水平面內(nèi)的直線度-對徑向尺寸影響大（圖3-5）2.導軌在垂直面內(nèi)的直線度-對徑向尺寸影響小（圖3-5）3.前后導軌在垂直面內(nèi)的平行度

5、-刀架與工件相對位置偏斜（錐度或馬鞍形）（圖3-7）（二） 機床主軸回轉(zhuǎn)誤差1 主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念主軸回轉(zhuǎn)誤差：實際回轉(zhuǎn)軸線與理想回轉(zhuǎn)軸線的最大變動量主軸回轉(zhuǎn)誤差：a、徑向跳動；b、 軸向竄動；c、 傾角擺動2 主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響（1）采用滑動軸承（圖3-17） 工件回轉(zhuǎn)類機床（車床）：主軸軸頸誤差反映到工件上 刀具回轉(zhuǎn)類機床（鏜床）：軸承孔內(nèi)圈表面的圓度誤差將反映到工件上（2）采用滾動軸承時 工件回轉(zhuǎn)類機床（車床）：軸承內(nèi)環(huán)外滾道的幾何形狀誤差反映到工件上 刀具回轉(zhuǎn)類機床（鏜床）：外環(huán)內(nèi)滾道誤差反映到工件上（相當滑動軸承 內(nèi)圓面） 主軸前后軸承存在偏心-反向偏心-轉(zhuǎn)角 工件回轉(zhuǎn)-產(chǎn)

6、生圓柱度誤差 刀具回轉(zhuǎn)-產(chǎn)生圓度誤差（3）主軸的軸向竄動：車-端面與圓柱面不垂直（ 圖3-14）（三） 機床傳動鏈的傳動誤差：制造、裝配、磨損四夾具的制造誤差與磨損定位元件刀具導向元件分度機構(gòu)，夾具體五刀具的制造誤差和磨損1 一般刀具（車刀，銑刀，鏜刀，砂輪） 刃口的磨損和鈍化影響加工精度2 成形刀具刀刃的形狀誤差，刃磨，裝夾影響3 定尺寸刀具 尺寸誤差影響§33 工藝系統(tǒng)的受力變形一 基本概念（工藝系統(tǒng)的受力變形是彈性變形，工藝系統(tǒng)抵抗彈性變形的能力越強，則加工精度越高，工藝系統(tǒng)抵抗彈性變形的能力，用剛度k來描述）工藝系統(tǒng)剛度k：指工件加工表面在誤差敏感方向的切削分力與在該方向上刀

7、具相對工件位移y的比值即 N/mm y為 Fx , Fy , Fz 同時作用下綜合結(jié)果二 工藝系統(tǒng)剛度的計算 1 工藝系統(tǒng)剛度的組成（工藝系統(tǒng)在誤差敏感方向的變形疊加）已知各組成環(huán)節(jié)的剛度工藝系統(tǒng)剛度三 工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響（一） 工藝系統(tǒng)各組成部分的變形及總變形1 機床的變形 條件：兩頂尖加工光軸；工件和刀具剛度很大 切削力不變（只考慮機床變形）床頭箱與尾架的分力：2. 工件的變形: 條件： 機床, 刀架剛度很大 3、 工藝系統(tǒng)的總變形:（二） 工藝系統(tǒng)變形對加工精度的影響1、 切削力作用點不同位置引起的誤差 工件剛度大-馬鞍形 車 工件剛度小-腰鼓形 2、 誤差的復映（圖3-31）

8、 定義：加工余量和材料硬度不均，引起切削力變化造成的加工誤差誤差復映系數(shù)式中 C為常數(shù)（硬度均勻、刀具、切削條件、進給量一定時）K為工藝系統(tǒng)的剛度 是小于1的正數(shù)，定量反應了毛坯誤差經(jīng)加工后所減小的程度 為工件圓度誤差為加工后工件圓度誤差3、 其他作用力：傳動力，慣性力，夾緊力，本身重力等四 車床部件剛度（一） 機床部件剛度的測定1 靜態(tài)測定法（圖3-38車床刀架的靜剛度特性曲線）（1）y-Fy非線形關(guān)系（彈塑變形）（2）加-卸載線不重合（摩擦和接觸塑變）（3）卸載線不回起始點（殘留變形，反復加載殘留變形為零）2 工作狀態(tài)測定法（二） 影響機床部件剛度的因素1、 接觸面的表面質(zhì)量開始表面粗糙度

9、（接觸面積?。?彈變和局部塑變-凹形曲線2、 存在剛度差的零件（圖3-41）鑲條，鍵等-凹形曲線（非線性）3、 連接件夾緊力的影響螺釘連接，超過預緊力-凸形曲線（非線性）4、 摩擦力的影響：能量消耗-加、卸載線不重合加載-阻礙間隙位移，阻礙變形增加卸載-阻礙間隙位移，阻礙變形減小5、 間隙的影響（圖3-40）載荷大于摩擦力-位移-加、卸載點不重合五 減小工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響的措施提高系統(tǒng)剛度，減小載荷及變化（一） 提高工藝系統(tǒng)剛度1 結(jié)構(gòu)設計：減少連接面數(shù)量，用封閉斷面2 提高表面接觸剛度提高接觸面表面質(zhì)量，預加載荷-消除間隙3 用合理的裝夾和加工方式：中心架，跟刀架（二） 減少載

10、荷及變化刀具幾何參數(shù) 增大前角 主偏角=900切削用量-減小進給量及背吃刀深度毛坯余量均勻六工件殘余應力對加工精度的影響1 毛坯內(nèi)應力：鍛、鑄、焊-厚薄不均，冷速不均-內(nèi)應力2 工件切削內(nèi)應力表層受摩擦、拉伸、熱膨脹3 冷校直殘余應力4 熱處理§34工藝系統(tǒng)的熱變形對加工精度的影響一 概述（一） 工藝系統(tǒng)的熱源熱（高低）-導熱傳熱，對流傳熱，輻射傳熱熱源 內(nèi)部： 切削熱（主要熱源） 產(chǎn)生于工藝系統(tǒng)內(nèi)部（以熱傳導方 式傳遞） 摩擦熱 外部：環(huán)境溫度（氣溫變化，通風，空氣對流和周圍環(huán)境）-對流 傳遞的主要形式 各種輻射熱（陽光，照明，暖氣設備）（二） 工藝系統(tǒng)的熱平衡和溫度場的概念熱平衡

11、-工藝系統(tǒng)單位時間散出的熱量與熱源傳入的熱量趨于相等，這時 工藝系統(tǒng)就達到了熱平衡。溫度場-物體中各點的溫度分布成為溫度場 不穩(wěn)定溫度場 穩(wěn)定溫度場 不穩(wěn)定溫度場 -各點的溫度是坐標和時間的函數(shù) y=f(x, y, t) 穩(wěn)定溫度場-各點的溫度只是坐標的函數(shù) y=f(x, y)二 工件熱變形對加工精度的影響（一） 工件比較均勻的受熱軸，盤，套類件-直徑和長度增大（粗加工-冷-精加工）（二） 工件不均勻受熱平板類件-翹曲變形三 刀具熱變形時對加工精度的影響車刀熱變形曲線（圖3-46）四 機床熱變形對加工精度的影響一般機床主傳動功率 切削功率 空載功率精密機床-空載功耗是主要熱源車床熱源（主軸箱）

12、-主軸提高和傾斜-垂直方向影響大機床熱變形的緩慢-加工誤差不一致精密加工-熱平衡后進行加工五 減少工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度影響的措施1 減少熱源產(chǎn)生的熱量低速切削 小切削用量精密加工-冷卻2 控制熱源的影響：冷卻液，恒溫空間3 從工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本身減少熱變形 用對稱結(jié)構(gòu)機床 分離內(nèi)部熱源-熱源放在機床外 減少運動副的摩擦熱工件-避免薄壁，空心等易受熱變形的結(jié)構(gòu)刀具-熱變形避開誤差敏感方向§3-5加工誤差的統(tǒng)計分析單因素分析法統(tǒng)計數(shù)理-誤差規(guī)律一 加工誤差的性質(zhì)系統(tǒng)性誤差 常值系統(tǒng)性誤差（加工誤差的大小，方向保持不變，與加工時間，加工順序無關(guān)） 加工原理誤差 工藝系統(tǒng)的制造與調(diào)整誤差 工

13、藝系統(tǒng)的靜力變形 機床，夾具，量具的磨損 變值系統(tǒng)性誤差（加工誤差按一定規(guī)律變化） 機床，夾具，刀具的熱變形 刀具磨損隨機誤差（誤差的大小，方向不規(guī)律變化） 毛坯誤差的復映 裝夾誤差 多次調(diào)整誤差殘余應力引起的變形二 分布圖分析法（一） 實驗分布圖（1） 成批加工（調(diào)整法）-取樣本-樣本容量n（樣本尺寸或偏差x）（2） 樣本極差 (3)樣本分組（按大小順序）（k組表3-2，組距d） 組內(nèi)零件數(shù)量：頻數(shù)m i式中 j為組序數(shù)，正號為組上界，負號為組下界 （3） 該批工件的實驗分布圖（4） 樣本的數(shù)字特征 例: (1) 6>T 加工精度不足（二） 理論分布曲線1 正態(tài)分布（相互獨立的大量微小

14、隨機變量總和分布為正態(tài)分布）正態(tài)分布的概率密度正態(tài)分布函數(shù):6(±3)-代表某種加工方法在一定條件下（如毛坯余量、切削用量、正常的機床、夾具、刀具等）所能達到的加工精度。6T2 非正態(tài)分布 兩機床加工件混：（1）常值（2）精度不一 刀具磨損顯著： 工藝系統(tǒng)熱變形顯著：曲線不對稱 試切法“寧修不廢”：（三） 分布圖分析法的應用1 辨別加工誤差性質(zhì)正態(tài)分布-無變值系統(tǒng)性誤差常值系統(tǒng)性誤差2 確定工序能力及其等級工序能力-工序在穩(wěn)定狀態(tài)時，誤差波動幅度（表3-7）3、計算合格品率或不合格品率例：3-4（1） 作分布圖（2） 計算 Cp=0.9分布圖分析法的缺點（1） 沒考慮先后順序，不能反映誤差變化趨勢。（2） 不能區(qū)別變值與隨機誤差（3） 加工后繪制，不能及時提供繪制精度的信息三、點圖分析法分布圖當工藝過程穩(wěn)定時（、保持不變）點圖-分析工藝過程的穩(wěn)定性(一)單值點圖（反映了每個工件尺寸或誤差與加工時間的關(guān)系）按加工順序測量工件-平均值曲線oo-每一瞬時的分散中心起始點o -常值系統(tǒng)性誤差AA/ BB/-每一瞬時的分散范圍（隨機誤差的影響）CC/ DD/-控制界線EE/ FF/-公差帶極限尺寸（二） R圖 (小樣本)平均