影響加工精度的因素刀夾具

一、工藝系統(tǒng)的幾何誤差

（二）刀具的幾何誤差

定尺寸刀具刀具尺寸精度直接影響工件尺寸精度

成形刀具刀具形狀精度直接影響工件形狀精度

一般刀具制造精度對工件加工精度無直接影響但若刀具幾何參數(shù)和形狀不適當(dāng)，將影響刀具的磨損和耐用度，直接影響工件的加工精度。刀具的誤差包括：刀具的制造誤差和刀具的磨損和刀具的安裝誤差。1.刀具的制造誤差12/30/20231初期磨損階段正常磨損階段急劇磨損階段（二）刀具的幾何誤差2.刀具的磨損刀具的磨損階段12/30/20232（二）刀具的幾何誤差刀具的尺寸磨損NB在被加工表面的法線方向上測量

NB0—初期磨損量KNB—斜率，相對磨損表示每切削1000米路程刀具的尺寸磨損量，單位為μm/km刀具的尺寸磨損量可用下式計算12/30/20233選用新型耐磨刀具材料；合理選用刀具幾何參數(shù)和切削用量；正確刃磨刀具；正確采用冷卻潤滑液等；采用補償裝置對刀具尺寸磨損進(jìn)行自動補償。（二）刀具的幾何誤差

減少刀具的尺寸磨損的途徑12/30/202343.刀具的安裝誤差例如：精車螺紋表面時，若車刀安裝偏高、偏低或傾斜，也都會帶來螺紋面的形狀誤差。（二）刀具的幾何誤差

12/30/20235（三）夾具的幾何誤差

一、工藝系統(tǒng)的幾何誤差

內(nèi)容：工件的定位誤差、夾緊變形誤差、夾具的安裝誤差、分度誤差和夾具的磨損等。影響：主要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。12/30/202362、定位誤差的組成1）基準(zhǔn)不重合誤差△jb

其大小等于工序基準(zhǔn)相對定位基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的變動量。定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合所產(chǎn)生的定位誤差。2）定位副制造不準(zhǔn)確誤差△db其大小等于定位基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的變動量。定位元件制造不準(zhǔn)確所產(chǎn)生的定位誤差。（三）夾具的幾何誤差

12/30/20239二、夾緊誤差工件或夾具剛度過低或夾緊力作用方向、作用點選擇不當(dāng)，都會使工件或夾具產(chǎn)生變形，造成加工誤差。（三）夾具的幾何誤差

12/30/20231012/30/202311

機械加工過程中，機床、刀具、夾具、工件所組成的工藝系統(tǒng)并非純粹剛體，在切削力、夾緊力、傳動力、重力、慣性力等外力作用下產(chǎn)生變形，從而破壞已經(jīng)調(diào)整好的刀具和工件之間的相對位置，產(chǎn)生加工誤差。例如細(xì)長軸的車削，在切削力作用下使工件產(chǎn)生彎曲變形，車完后工件呈鼓形（兩頭小中間大）；磨削內(nèi)孔時，砂輪軸彈性變形，使工件內(nèi)孔出現(xiàn)錐度誤差。三、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差

12/30/202312四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差

12/30/202313四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差

(一)工藝系統(tǒng)剛度1.工藝系統(tǒng)剛度切削力和該力方向上所引起的刀具和工件間相對變形位移的比值，稱為工藝系統(tǒng)剛度k系（N/mm）。

k系=Fp/y12/30/202314工藝系統(tǒng)在某一位置受力作用產(chǎn)生的變形量等于工藝系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)在此位置受該力作用產(chǎn)生的變形量的代數(shù)和，即

工藝系統(tǒng)剛度主要取決于薄弱環(huán)節(jié)的剛度。

工藝系統(tǒng)剛度的倒數(shù)等于系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)剛度的倒數(shù)之和，即

(一)工藝系統(tǒng)剛度工藝系統(tǒng)剛度的計算12/30/202315機床剛度對加工精度的影響（二）工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響◆假設(shè)加工精度只受機床剛度變化的影響，且工件為絕對剛體。2.機床剛度12/30/202316++=

ymin尾座主軸刀架系kkFkF+=max尾座刀架系kFkFypppp由于工藝系統(tǒng)剛度隨刀架位置變化產(chǎn)生的加工誤差（二）工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響12/30/20231712/30/202318（二）工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響12/30/202319(一)工藝系統(tǒng)剛度機床靜剛度的測定（靜測定法）

機床剛度取決于其組成部件的剛度，并主要取決于薄弱部件的剛度，提高機床剛度要從提高弱剛度部件的剛度入手。

12/30/202320機床部件剛度分析(一)工藝系統(tǒng)剛度1）變形與載荷不成線性關(guān)系，變形非純粹的彈性變形；2）加載曲線和卸載曲線不重合，卸載曲線滯后于加載曲線，能量消耗于零件間摩擦力和接觸塑性變形所做的功；3）有殘余變形，反復(fù)加載卸載后殘余變形→0；4）部件實測剛度遠(yuǎn)比按實體結(jié)構(gòu)估算值小。圖中第一次加載時刀架的平均剛度值約為4.6×103N/mm，只相當(dāng)于一個30mm×30mm×200mm的鑄鐵懸臂梁的剛度。12/30/2023213.工件變形引起的加工誤差

工藝系統(tǒng)剛度在工件全長上的差別越大，則工件在軸截面內(nèi)的幾何形狀誤差也越大。

當(dāng)?shù)都馓幱诠ぜ虚g位置時，工件的剛度最小，變形最大。（二）工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響12/30/20232212/30/2023234.由于切削力變化引起的誤差（二）工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響ap1y1ap2y2毛坯外形工件外形誤差復(fù)映現(xiàn)象：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。誤差復(fù)映系數(shù)由于毛坯存在圓度誤差△毛＝ap1-ap2，因而引起了工件的圓度誤差△工＝y(tǒng)1-y2，△毛愈大，△工愈大，△工與△毛之比值ε稱為誤差復(fù)映系數(shù)，它是誤差復(fù)映程度的度量。12/30/202324ε與k系成反比；這表明工藝系統(tǒng)剛度愈大，誤差復(fù)映系數(shù)愈小，加工后復(fù)映到工件上的誤差值就愈小。

（二）工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響12/30/202325

……

由于y<ap，所以，因此，經(jīng)過n次走刀后，誤差復(fù)映系數(shù)降到很小的數(shù)值，加工誤差也就降到允許的范圍內(nèi)。多次切削總的復(fù)映系數(shù)

4．由于切削力變化引起的誤差（二）工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響12/30/20232612/30/202327例：一個工藝系統(tǒng)，其誤差復(fù)映系數(shù)為0.25，工件在本工序前的圓度誤差0.5mm，為保證本工序0.01mm的形狀精度，本工序最少走刀幾次？

（二）工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響解：0.5×(0.25)n≤0.01解得n=3

12/30/2023285.傳動力、慣性力、夾緊力、重力對加工精度的影響（1）由傳動力引起的誤差在車床或磨床上加工軸類零件時，常用單爪撥盤帶動工件旋轉(zhuǎn)，傳動力在撥盤的每一轉(zhuǎn)中經(jīng)常改變方向，其在y向的分力有時和切削力同向，有時相反，造成圓度誤差。

5.傳動力、慣性力、夾緊力、重力對加工精度的影響12/30/202329(2)重力引起的加工誤差

在工藝系統(tǒng)中，由于零部件的自重也會產(chǎn)生變形。如龍門銑床、龍門刨床刀架橫粱的變形，銑鏜床鏜桿伸長而下垂變形等，都會造成加工誤差。

5.傳動力、慣性力、夾緊力、重力對加工精度的影響12/30/202330(3)慣性力引起的加工誤差

在高速切削時，如果工藝系統(tǒng)中有不平衡的高速旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件存在，就會產(chǎn)生離心力。離心力在工件的每一轉(zhuǎn)中不斷變更方向，當(dāng)不平衡質(zhì)量的離心力大于切削力時，車床主軸軸頸和軸套內(nèi)孔表面的接觸點就會不停地變化，軸套孔的圓度誤差將傳給工件的回轉(zhuǎn)軸心。其規(guī)律與單爪撥盤傳動時傳動力的影響相似。如圖示為車削一個不平衡工件時的情況。

5.傳動力、慣性力、夾緊力、重力對加工精度的影響12/30/202331工件質(zhì)量中心距理想回轉(zhuǎn)中心距離為ρ，當(dāng)離心力Q正好與切削力Py反向時，把工件推向刀具，工件中心o’偏離理想中心o，增加了實際切深。工件回轉(zhuǎn)180°后，離心力Q正好與切削力Py同向，把工件推離刀具，工件中心又變到o”點，減小了實際切深，從而產(chǎn)生工件的圓度誤差和相互位置誤差。12/30/202332(4)夾緊力引起的加工誤差被加工工件在裝夾過程中，由于剛度較低或著力點不當(dāng)，都會引起工件的變形，造成加工誤差。特別是薄壁套、薄板等零件，易于產(chǎn)生加工誤差。

5.傳動力、慣性力、夾緊力、重力對加工精度的影響12/30/202333

5.傳動力、慣性力、夾緊力、重力對加工精度的影響12/30/202334（二）工藝系統(tǒng)剛度的實驗測定12/30/202335（三）減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑(1)設(shè)計機械制造裝備時應(yīng)切實保證關(guān)鍵零部件的剛度在機床和夾具中應(yīng)保證支承件（如床身、立柱、橫梁、夾具體等）、主軸部件和傳動件有足夠的剛度。(2)提高接觸剛度提高接觸剛度是提高工藝系統(tǒng)剛度的關(guān)鍵。減少組成件數(shù)，提高接觸面的表面質(zhì)量，均可減少接觸變形，提高接觸剛度。提高工藝系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的剛度，能取得事半功倍的效果。1.提高工藝系統(tǒng)剛度2．減小切削力及其變化

(3)采用合理的裝夾方式和加工方法提高工件的裝夾剛度，應(yīng)從定位和夾緊兩個方面采取措施。12/30/202336工藝系統(tǒng)在切削力、傳動力、慣性力、夾緊力以及重力的作用下，產(chǎn)生相應(yīng)的變形和振動，將會破壞刀具和工件之間的成形運動的位置關(guān)系和速度關(guān)系，影響切削運動的穩(wěn)定性，從而產(chǎn)生各種加工誤差和表面粗糙度。1．切削過程中受力點位置變化引起的加工誤差。切削過程中，工藝系統(tǒng)的剛度隨切削力著力點位置的變化而變化，引起系統(tǒng)變形的差異，使零件產(chǎn)生加工誤差。（1）在兩頂尖車削粗而短的光軸時，由于工件剛度較大，在切削力作用下的變形，相對機床、夾具和刀具的變形要小得多，故可忽略不計。此時，工藝系統(tǒng)的總變形完全取決于機床頭、尾架（包括頂尖）和刀架（包括刀具）的變形。工件產(chǎn)生的誤差為雙曲線圓柱度誤差。（2）在兩頂尖間車削細(xì)長軸時，由于工件細(xì)長，剛度小，在切削力作用下，其變形大大超過機床、夾具和刀具的受力變形。因此，機床、夾具結(jié)合刀具承受力變形可忽略去不計，工藝系統(tǒng)的變形完全取決于工件的變形。工件產(chǎn)生腰鼓形園柱度誤差。2．切削力大小變化引起的加工誤差——誤差復(fù)映工件的毛坯外形雖然具有粗略的零件形狀，但它在尺寸、形狀以及表面層材料硬度上都有較大的誤差。毛坯的這些誤差在加工時使切削深度