機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第17講

第二節(jié)影響機械加工精度的因素一、工藝系統(tǒng)的幾何誤差二、裝夾誤差（一）定位誤差1.定位誤差的概念2.定位誤差的分析計算（4）工件以一面兩孔表面定位時定位誤差的分析計算工件以組合表面定位形式較多，其定位誤差的計算也較復雜。下面以一面兩孔組合定位為例，說明其定位誤差的計算方法。圖4-16一面兩孔定位方式圖4-16所示箱體零件采用“一面兩孔”組合定位，出現(xiàn)了過定位現(xiàn)象。圖4-16一面兩孔定位方式xyzZXYXYZXY過定位對于“一面兩孔”組合定位時的過定位現(xiàn)象，解決的辦法是可以用菱形銷（削邊銷——削邊部分必須在兩銷連線方向上）來代替一個圓柱銷。圖4-17一面兩孔組合定位轉(zhuǎn)角誤差工件以一面兩孔定位，有可能出現(xiàn)如圖所示工件兩孔中心連線偏斜的極限情況。圖4-17一面兩孔組合定位轉(zhuǎn)角誤差此時工件軸線相對于兩銷軸線的偏轉(zhuǎn)角為上式中其中Δs1、Δs2分別為孔Ⅰ與銷Ⅰ、孔Ⅱ與銷Ⅱ的最小配合間隙

(Δs2>Δs1)，則例4-1（自學）例題按下圖定位方式在直徑為mm的工件上銑平面，保證工序尺寸mm，已知工件左側(cè)平面尺寸為mm，定位斜面角度。試分析計算此定位方案的定位誤差。綜合這部分內(nèi)容，我們可得出如下結(jié)論：（1）Δdw只產(chǎn)生在調(diào)整法加工一批工件的條件下，而采用試切法加工則不存在Δdw。（2）Δdw的產(chǎn)生原因是定位副制造的不準確、兩者的配合間隙以及工序基準與定位基準不重合等因素造成的。其表現(xiàn)形式為工序基準相對于其理想位置可能產(chǎn)生的最大位置變動范圍，從而引起工件工序尺寸或位置的加工誤差。（3）一般Δdw由Δjb和Δjw組成，但并不是在任何情況下這兩項誤差都同時存在。（4）Δdw的計算還可以利用工序基準與其它尺寸的幾何關(guān)系，計算出工序基準沿工序尺寸方向上的最大變動量，即為定位誤差Δdw的值。必須強調(diào)的是，工序尺寸中還包括位置公差（如對稱度、同軸度、垂直度等）。3.加工誤差不等式為保證工件的加工要求，應(yīng)滿足下列不等式在設(shè)計夾具時，一般規(guī)定其定位誤差Δdw

小于等于工件相應(yīng)工序尺寸公差T的三分之一。對具體定位方案進行分析計算時，如就可以初步認定該方案可行。習題4-8圖4-71a所示為銑鍵槽工序的加工要求，已知軸頸尺寸，試分別計算b、c兩種定位方案的定位誤差。圖4-71習題4-8圖習題4-9如圖示齒坯在V形塊上定位插鍵槽，要求保證工序尺寸mm，已知d、D，若不計內(nèi)孔與外圓同軸度誤差的影響，試求此工序的定位誤差。圖4-72習題4-9圖習題4-10按下圖定位方式加工孔mm，要求孔對外圓的同軸度公差為mm，試分析計算此定位方案的定位誤差。圖4-73習題4-10圖習題4-11如圖示工件以大外圓表面及端面M作為定位表面，在小外圓上銑鍵槽，要求保證尺寸H、L。已知A、d1、d2及大小外圓的同軸度誤差t，α=90o，試分析計算該工序的定位誤差。（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，都會使工件或夾具產(chǎn)生變形，造成加工誤差。圖4-11夾緊誤差示例開口薄壁過渡環(huán)三、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)剛度機械加工中，工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、傳動力、慣性力和重力等的作用下，將產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形，使工件產(chǎn)生加工誤差。工藝系統(tǒng)在外力作用下產(chǎn)生彈性變形的大小，不僅取決于作用力的大小，還取決于工藝系統(tǒng)的剛度。平行于基面并與機床主軸中心線相垂直的徑向切削分力Fy與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形y的比值，稱為工藝系統(tǒng)剛度k系（N/mm），即(4–9)式中，其中、、為在Fy、Fc、Fx各切削分力的分別作用下工藝系統(tǒng)在y方向產(chǎn)生的變形量。與有可能和同向，也有可能和反向，所以就有可能出現(xiàn)y＞0、y=0和y＜0三種情況。從物理概念分析，工藝系統(tǒng)剛度不可能出現(xiàn)負數(shù)或趨于無窮大的情況。由于單獨測量、、非常困難，而測量總變形卻比較容易。圖4–21為一個按工藝系統(tǒng)剛度定義計算可能會出現(xiàn)負剛度情況的實例。圖4-21負剛度現(xiàn)象在該例中，如果，就將出現(xiàn)y＜0的負剛度情況，此時車刀刀尖將扎入工件。負剛度現(xiàn)象對加工精度不利，應(yīng)盡量避免。工藝系統(tǒng)在某一位置受力作用產(chǎn)生的變形量應(yīng)為工藝系統(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（4-10）根據(jù)剛度定義知y機床

=Fy/k機床，y刀具

=Fy/k刀具，y夾具

=Fy/k夾具，y工件

=Fy/k工件。由此得出（4-11）2.機床剛度機床結(jié)構(gòu)較為復雜，它由許多零、部件組成，其剛度值迄今尚無合適的簡易計算方法，目前主要還是用實驗方法進行測定。圖4–22為采用靜測定法測定機床剛度的示意圖。圖4-22車床部件靜剛度的測定剛性心軸螺旋加力器方刀架測力環(huán)由此可求得主軸箱、尾座和刀架部件的剛度分別為：測定機床部件剛度k主軸、k尾座、k刀架之后，就可以通過計算求得機床剛度。當?shù)都芴幱谛妮S中間位置時，工藝系統(tǒng)的變形量為由剛度定義，上式可寫為在機床剛度測量裝置中，k夾具、k工件、k刀具相對較大，可以認為，代入上式即可求得刀架處于心軸中間位置時，機床剛度與各組成部件的剛度的關(guān)系式為由上述公式可知，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，所以，若要提高機床剛度則應(yīng)首先提高機床中弱小剛度部件的剛度。3.機床部件剛度圖4–23是一臺車床刀架部件的實測剛度曲線圖，曲線列出了三次加載、卸載過程中的變形情況。圖4-23車床刀架部件的剛度曲線經(jīng)分析可知，機床部件剛度具有以下特點：1）變形與載荷不成線性關(guān)系，說明機床部件的變形不純粹是彈性變形。圖4-23車床刀架部件的剛度曲線圖4-23車床刀架部件的剛度曲線2）卸載曲線不重合且滯后于加載曲線，說明在加載和卸載循環(huán)過程中有能量消耗。圖4-23車床刀架部件的剛度曲線3）多次加載、卸載后，加載曲線起點才與卸載曲線終點重合，說明有殘余變形存在，且殘余變形隨著加、卸載次數(shù)的增加而減小。4）部件實測剛度遠比按實體結(jié)構(gòu)估算值小。圖4-23車床刀架部件的剛度曲線相當于一個截面積為30mm×30mm、懸伸長度為200mm的鑄鐵懸臂梁的剛度4.影響機床部件剛度的主要因素（1）連接表面間的接觸變形（2）摩擦力的影響（3）薄弱零件本身的變形（4）間隙的影響如果在正反兩個方向?qū)傃b配好的一臺機床部件加載，即可得到如圖4-26所示的曲線。圖4-26間隙對機床部件剛度的影響正向加載的殘留變形原始間隙機床部件的間隙反向加載的殘留變形（二）工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響1.加工過程中由于工藝系統(tǒng)剛度發(fā)生變化引起的誤差仍以在車床前后頂尖上車削光軸工件為例說明。假設(shè)工件、刀具和夾具的剛度相對較大，其變形可忽略不計，工藝系統(tǒng)的變形主要取決于機床的變形。圖4-27車削外圓時工藝系統(tǒng)受力變形yF主軸F尾座設(shè)作用在主軸箱和尾座上的徑向力分別為F主軸、F尾架，不難求得：則有(4–12)F主軸F尾架y分析上式可知，即使切削力Fy保持恒定不變，在車削過程中工藝系統(tǒng)的變形y系也隨刀架（