機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具

機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具第一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具第二章機(jī)械加工精度第一節(jié)概述第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析第三節(jié)加工誤差的綜合分析第四節(jié)提高加工精度的工藝措施機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具高職高專

課件第二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具高職高專

課件第三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具高職高專

課件第四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六第一節(jié)概述

機(jī)械加工精度（簡稱加工精度）是指零件在機(jī)械加工后的幾何參數(shù)（尺寸、剛體形狀和表面間相互位置）的實(shí)際值和理論值相符合的程度。加工后零件的實(shí)際幾何參數(shù)與理想零件的幾何參數(shù)總有所不同，其差值稱為加工誤差。機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具高職高專

課件第五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)影響加工精度的因素及其分析工藝系統(tǒng)中的誤差是產(chǎn)生零件加工誤差的根源，因此把工藝系統(tǒng)的誤差叫做原始誤差。機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具高職高專

課件第六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六一、加工原理誤差

例如，在車床上車削模數(shù)蝸桿，傳動(dòng)關(guān)系如圖，傳動(dòng)比i可用下式表示式中由于P1=πm，π為無限不循環(huán)小數(shù)。在選用掛輪時(shí)只能近似取值計(jì)算，因此蝸桿的螺距必然存在誤差。即是在加工中采用了近似的加工運(yùn)動(dòng)、近似的刀具輪廓和近似的加工方法而產(chǎn)生的原始誤差。機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具高職高專

課件第七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六二、機(jī)床、刀具、夾具的制造誤差與磨損㈠機(jī)床誤差——包括機(jī)床本身各部件的制造誤差、安裝誤差和使用過程中的磨損。⒈主軸誤差

對(duì)主軸的精度要求最主要的就是在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能保持軸心線在空間的位置穩(wěn)定不變，即回轉(zhuǎn)精度。主軸運(yùn)動(dòng)誤差表現(xiàn)為三種形式：純徑向跳動(dòng)誤差、軸向竄動(dòng)誤差、線角度擺動(dòng)誤差。機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具高職高專

課件第八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六⑴主軸純徑向跳動(dòng)誤差對(duì)精度的影響如圖所示，設(shè)由于主軸的純徑向跳動(dòng)而使軸心線在Y坐標(biāo)方向上作簡諧直線運(yùn)動(dòng)，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，其幅值為A；再設(shè)主軸中心偏移最大時(shí)，鏜刀尖正好通過水平位置1，當(dāng)鏜刀轉(zhuǎn)過φ角時(shí)，刀尖軌跡的水平分量與垂直分量分別計(jì)算得整理后得即鏜出的孔為橢圓形。

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課件第九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具高職高專

課件第十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六右圖所示，設(shè)主軸軸心仍沿Y軸坐標(biāo)作簡諧直線運(yùn)動(dòng)，在工件1處切出的半徑比2和4處小一個(gè)振幅A，而在工件3處切出的半徑則相反，這樣，上述四點(diǎn)的工件直徑都相等，其它各點(diǎn)的直徑誤差也很小，所以車削出的工件表面接近一個(gè)真圓，但中心偏離。機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具高職高專

課件第十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六⑵主軸軸向竄動(dòng)誤差對(duì)精度的影響主軸純軸向竄動(dòng)使加工的端面與內(nèi)外圓軸線不垂直。（如圖所示）⑶純角度擺動(dòng)誤差對(duì)加工精度的影響主軸的純角度擺動(dòng)會(huì)使外圓產(chǎn)生圓柱度誤差，鏜孔將成橢圓形。

主軸工作時(shí)，其回轉(zhuǎn)軸線的運(yùn)動(dòng)誤差是以上三種運(yùn)動(dòng)方式的綜合。機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具高職高專

課件第十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六⑷影響主軸回轉(zhuǎn)精度的因素及提高回轉(zhuǎn)精度的措施主軸回轉(zhuǎn)精度不僅和主軸的制造精度有關(guān)，而且還與切削過程中主軸受力、受熱后的變形有關(guān)。

主軸部件制造誤差是主軸回轉(zhuǎn)精度的基礎(chǔ)，包含軸承誤差軸承間隔與軸承配合零件的誤差機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具高職高專

課件第十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六滑動(dòng)軸承：主軸是以軸頸在軸承內(nèi)回轉(zhuǎn)的，對(duì)于車床類機(jī)床，主軸的受力方向一定，這時(shí)主軸軸頸被壓向軸套表面某一位置，因此，主軸軸頸的圓度誤差將直接傳給工件。（下左圖）

對(duì)于鏜類機(jī)床，主軸所受切削力的方向隨著鏜刀的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，因此軸套孔的圓度誤差將傳給工件。(右圖)機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具高職高專

課件第十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六滾動(dòng)軸承：主軸回轉(zhuǎn)精度還和軸承的配合件有關(guān)。取決于內(nèi)、外環(huán)滾道的圓度誤差、內(nèi)座圈的壁厚誤差及滾動(dòng)體的尺寸誤差和圓度誤差等。機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具高職高專

課件第十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六⑸主軸回轉(zhuǎn)精度的測量生產(chǎn)現(xiàn)場通常采用將精密心棒插入主軸錐孔，在其圓周表面和端部分別用千分表測量。

此法簡單，但不能反映主軸在工作轉(zhuǎn)速下的回轉(zhuǎn)精度，也不能把性質(zhì)不同的誤差區(qū)分開來。第十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六下述測量法主要用于鏜銑類機(jī)床，在主軸端部粘結(jié)一個(gè)精密測量圓盤3，球的中心和主軸的回轉(zhuǎn)軸心線略有偏心e，由擺動(dòng)盤5進(jìn)行調(diào)整，在球的周圍相互垂直地安裝兩個(gè)位移傳感器1、2，傳感器和測量球之間保持一定間隙。第十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六⒉導(dǎo)軌誤差

床身導(dǎo)軌是確定機(jī)床主要部件的相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。其誤差分為：導(dǎo)軌在水平面內(nèi)誤差；導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)誤差；兩導(dǎo)軌間的平行度誤差⑴導(dǎo)軌在水平面內(nèi)有直線度誤差

將直接反映在被加工工件表面的法向方向，對(duì)加工精度影響極大，使工件產(chǎn)生圓柱度誤差(鞍形或鼓形)。第十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六⑵導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)有直線度誤差如圖，使刀尖產(chǎn)生ΔZ的位移，造成工件在半徑方向上產(chǎn)生誤差ΔR。對(duì)于龍門刨床、龍門銑床及導(dǎo)軌磨床來說，導(dǎo)軌的垂直面內(nèi)的直線度誤差將直接反映到工件上。第十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六⑶兩導(dǎo)軌間有平行度誤差導(dǎo)軌發(fā)生扭曲，刀尖相對(duì)于工件在水平和垂直兩方向上發(fā)生偏移，從而影響加工精度。設(shè)垂直于縱向走刀的任意截面內(nèi)前、后導(dǎo)軌的平行度誤差為δ，則工件半徑變化量ΔR近似等于刀尖的水平位移，即機(jī)床導(dǎo)軌的幾何精度還與使用時(shí)的磨損及機(jī)床的安裝狀況有關(guān)。第二十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六⒊傳動(dòng)鏈誤差

特定情況下，要求刀具和工件之間具有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。若控制這些成形運(yùn)動(dòng)間的傳動(dòng)鏈存在誤差，會(huì)成為影響精度的主要因素。減少傳動(dòng)誤差可采取下列措施：⑴減少傳動(dòng)鏈中的元件數(shù)目，縮短傳動(dòng)鏈，以減少誤差來源⑵提高傳動(dòng)元件，特別是末端傳動(dòng)元件的制造精度和裝配精度⑶傳動(dòng)鏈齒輪間存在間隙，同樣會(huì)產(chǎn)生傳動(dòng)鏈誤差，因此要消除間隙。⑷采用誤差校正機(jī)構(gòu)來提高傳動(dòng)精度。第二十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六㈡刀具的制造誤差⒈刀具的制造誤差成形刀具加工時(shí)，刀具切削基面上的投影就是加工表面的母線形狀，因此刀刃的形狀誤差以及刃磨、安裝、調(diào)整不正確都會(huì)直接影響加工表面精度。展成刀具加工時(shí)，刀具與工件要作具有嚴(yán)格運(yùn)動(dòng)關(guān)系的嚙合運(yùn)動(dòng)，加工表面是刀刃在相對(duì)嚙合中的包絡(luò)線，刀刃的形狀必須是加工表面的共軛曲線。定徑刀具加工時(shí)，刀具的尺寸誤差直接影響加工表面的尺寸精度，一些多刃的孔加工刀具會(huì)使加工表面尺寸擴(kuò)大。一般刀具加工時(shí)，加工表面形狀由機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度保證，尺寸由調(diào)整決定，刀具的制造精度對(duì)加工精度無直接影響。第二十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六⒉刀具的磨損刀具在加工表面法向的磨損量，直接反映出刀具磨損對(duì)加工精度的影響。

分為三個(gè)階段：初期磨損階段(L<L0)正常磨損階段(L0<L<L1)急劇磨損階段(L1<L)第二十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六刀具的磨損量可用下式計(jì)算式中，μ——刀具磨損量（μm）

μ0——刀具初始磨損量（μm）

k——單位磨損量（μm/1000m）

L——切削路程（m）為減少刀具制造誤差和磨損誤差對(duì)加工精度的影響，除合理規(guī)定定尺寸刀具和成形刀具的制造公差外，還應(yīng)根據(jù)工件的本材料和加工要求，準(zhǔn)確選擇刀具材料、切削用量、冷卻潤滑、并準(zhǔn)確刃磨，以減少磨損。必要時(shí)還可對(duì)刀具的尺寸磨損進(jìn)行補(bǔ)償。第二十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六㈢夾具的制造誤差與磨損

夾具誤差包括工件的定位誤差和夾緊變形誤差、夾具的安裝誤差、分度誤差以及夾具的磨損等。夾具誤差首先影響工件被加工表面的位置精度，其次影響尺寸精度和形狀精度。第二十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六夾具的磨損主要是定位元件和導(dǎo)向元件的磨損。定位元件的磨損會(huì)使孔與基準(zhǔn)面間的位置誤差增大。為減少夾具誤差所造成的加工誤差，夾具的制造誤差必須小于工件的公差，對(duì)于容易磨損的定位元件、導(dǎo)向元件等，除應(yīng)采用耐磨的材料外，應(yīng)做成可拆卸、以方便更換。第二十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六三、工藝系統(tǒng)受力變形及其對(duì)加工精度的影響㈠工藝系統(tǒng)剛度由機(jī)床、夾具、工件、刀具所組成的工藝系統(tǒng)是一個(gè)彈性系統(tǒng)，在加工過程中由于切削力、夾緊力、重力、傳動(dòng)力、慣性力等外力的作用，將引起工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)產(chǎn)生彈性變形，此變形造成位移。同時(shí)系統(tǒng)中各元件因其接觸處的間隙也會(huì)產(chǎn)生位移和接觸變形，從而破壞了刀具與工件間已獲得的準(zhǔn)確位置，產(chǎn)生加工誤差。工藝系統(tǒng)受力變形不但影響加工精度，還影響表面質(zhì)量。第二十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六彈性系統(tǒng)抵抗外力使其變形的能力稱為剛度。工藝系統(tǒng)的剛度是以外切削力和在該力方向上所引起的刀具和工件間相對(duì)變形位移的比值表示，即由于切削力F有三個(gè)分力Fx、Fy、Fz，所以剛度也有相應(yīng)的三個(gè)方向的剛度，計(jì)算工藝系統(tǒng)剛度就只考慮此方向上的切削分力FY和變形位移量Y，即工藝系統(tǒng)由機(jī)床、夾具、刀具及工件組成，因此工藝系統(tǒng)受力變形總位移是各組成部分變形位移的疊加，即第二十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六由此可得即當(dāng)知道工藝系統(tǒng)的各組成部分的剛度后，就可求得整個(gè)工藝系統(tǒng)的剛度⑴工件的剛度當(dāng)用卡盤裝夾棒料時(shí)，工件的變形可按懸臂梁計(jì)算。如圖第二十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六式中，E——棒料的彈性模量，

I——棒料截面慣性矩。當(dāng)用兩頂尖裝夾棒料時(shí)，工件的變形可按簡支梁計(jì)算，即工件的剛度為當(dāng)?shù)都馓幱诠ぷ髦虚g位置時(shí)，工件的剛度最小，變形最大。第三十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六⑵刀具的剛度對(duì)于車刀，因變形甚微可忽略不計(jì)。對(duì)于鏜內(nèi)孔和磨內(nèi)圓可按懸臂梁計(jì)算。⑶夾具的剛度

機(jī)床夾具按機(jī)床部件處理，不再單獨(dú)計(jì)算。⑷機(jī)床剛度

機(jī)床總變形位移量將是機(jī)床主軸箱、尾座及刀架等部件變形位移量的綜合反映。如圖，在切削力作用下，主軸箱等都有一定位移，此時(shí)工件的軸心線移動(dòng)，刀尖也移位。第三十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六則工件在切削變形點(diǎn)處的位移為由于所以設(shè)定引起主軸箱、尾座處的作用力，整理后有則刀具在X處相對(duì)于工件法向總位移為第三十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六故得機(jī)床的剛度由此可知，工藝系統(tǒng)的剛度在沿工件軸向的各個(gè)位置是不同的，所以加工后工件各個(gè)橫截面的直徑尺寸也不相同，造成了加工后工件的形狀誤差。第三十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六㈡誤差復(fù)映規(guī)律以加工過程中，由于工件毛坯加工余量或材料硬度的變化，引起切削力和工藝系統(tǒng)受力變形的變化，因而產(chǎn)生工件的尺寸誤差和形狀誤差。如圖，切削力FY隨背吃刀量ap的變化而變化，引起工藝系統(tǒng)中機(jī)床的相應(yīng)變形，這樣就使毛坯的圓度誤差復(fù)映到加工后的工件表面，這種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”。

根據(jù)切削原理公式有

FY=λCpapF0.75第三十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六毛坯上的最大誤差為

，工件上的最大誤差為

工件在一次走刀后的加工誤差為則，第三十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六

上式反映了加工誤差與毛坯誤差之間的比例關(guān)系，說明了“誤差復(fù)映”規(guī)律。Ε定量地反映了毛坯誤差經(jīng)過加工后減少的程度，稱為“誤差復(fù)映系數(shù)”。若加工分幾次進(jìn)給進(jìn)行，總的復(fù)映系數(shù)將降的很小，加工誤差也就降到允許范圍以內(nèi)了。第三十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六㈢慣性力、重力和夾緊力所引起的加工誤差⑴慣性力引起的加工誤差

在加工過程中，由于旋轉(zhuǎn)零件、夾具或工件等的不平衡而產(chǎn)生的離心力，對(duì)加工精度的影響是很在的為消除慣性力對(duì)加工精度的影響，生產(chǎn)中常采用“配重平衡”的方法必要時(shí)還可降低轉(zhuǎn)速。第三十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六⑵夾緊力引起的加工誤差

對(duì)于剛性較差的工件，夾緊力常會(huì)引起顯著的加工誤差。夾緊變形引起的工件形狀誤差不僅取決于平緊力的大小，而且與夾緊力的作用點(diǎn)有關(guān)。⑶重力引起的加工誤差

工藝系統(tǒng)有關(guān)零部件自身的重量以及它們?cè)诩庸ぶ形恢玫囊苿?dòng)，也可引起相應(yīng)的變形，造成加工誤差。（如右圖）第三十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六四、工藝系統(tǒng)熱變形及其對(duì)加工精度的影響機(jī)械加工中，工藝系統(tǒng)在各種熱源作用下會(huì)產(chǎn)生一定的熱變形。其對(duì)精加工影響較大。ΔL=αLΔt式中，α為工件材料的熱膨脹系數(shù)；L為工件在熱變形方向上的尺寸；Δt為工件平均溫升。⑴工藝系統(tǒng)熱源——內(nèi)部熱源（切削熱、磨擦熱）和外總熱源。⑵機(jī)床熱變形——不同類型機(jī)床因其結(jié)構(gòu)與工作條件的差異面使熱源和變形形式各不相同。⑶工件熱變形——切削熱引起。熱伸長量按下式計(jì)算第三十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六第四十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六工件的熱變形還會(huì)產(chǎn)生圓柱度誤差。當(dāng)工件單側(cè)受熱，上下表面溫升不等，熱變形引起的加工后的平面度誤差可作如下近似計(jì)算，如圖可見，控制熱變形而引起的平面度誤差就必須減小溫差，即要減小切削熱的傳入。第四十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六減少工件熱變形可采取下列措施：1)在切削區(qū)施加足夠充足的切削液；2)提高切削速度或進(jìn)給量，以減少傳入工件熱量；3)精、精加工分開，使組加工的余熱不帶到精加工工序中；4)刀具和砂輪讓過分的磨鈍才進(jìn)行刃磨和修正，以減少切削熱和磨削熱；5)使工件在夾緊狀態(tài)下有伸縮的自由。第四十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六減少刀具熱變形的措施有：減小刀具伸出長度、改善散熱條件、改進(jìn)刀具角度減小切削熱、合理選用切削用量以加冷卻液。⑷刀具熱變形——熱源主要也是切削熱，因刀具體積小，加熱溫度很高。第四十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六五、工件的內(nèi)應(yīng)力引起的變形內(nèi)應(yīng)力是指當(dāng)外部載荷去掉后，仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。⒈內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因⑴毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力⑵冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力⑶切削加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力第四十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期六⒉減小或削除內(nèi)應(yīng)力的措施⑴采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉ば驅(qū)τ阼T、鍛、焊接件，常進(jìn)行退火、正火或人工時(shí)效處理，以后再進(jìn)行機(jī)械加工。對(duì)重要零件、在粗加工和半精加工還要進(jìn)行時(shí)效處理，以消除毛坯制造及加工中的內(nèi)應(yīng)力。⑵給工件足夠的變形時(shí)間對(duì)于精密零件粗精加工應(yīng)分開。⑶零件結(jié)構(gòu)要合理結(jié)構(gòu)要簡單，壁厚要均勻。第四十五頁，共五十頁，編輯于2023年，