機械加工精度課件

第六章機械加工精度第一節(jié)影響加工精度的因素第二節(jié)工藝系統(tǒng)的受力變形和熱變形第三節(jié)經(jīng)濟精度和經(jīng)濟表面粗糙度第一節(jié)影響加工精度的因素(1)加工原理誤差加工原理誤差是指采用了近似的成形運動或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差，例如用滾刀加工漸開線齒輪時，就有兩種誤差存在:一是由于制造上的困難，采用阿基米德蝸桿或法向直廓蝸桿代替漸開線蝸桿，而導(dǎo)致刀具輪廓近似造成誤差;二是由于滾刀刀齒數(shù)有限，導(dǎo)致實際加工出的齒廓是一條折線，與理論上的光滑漸開線有差異。采用近似的成形運動或刀刃輪廓，雖然會產(chǎn)生加工原理誤差，但這樣做往往可以簡化機床和刀具的結(jié)構(gòu)，反而有利于保證加工精度，并且能提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟性。(2)機床的幾何誤差機床的制造誤差、安裝誤差及使用中的磨損等，都會在加工中直接影響刀具與工件之間的相互位置精度，造成加工誤差。主要有如下幾種誤差:下一頁

返回第一節(jié)影響加工精度的因素①主軸回轉(zhuǎn)運動誤差主軸回轉(zhuǎn)運動誤差是指主軸實際回轉(zhuǎn)軸線相對理論回轉(zhuǎn)軸線的偏離程度。它包括三種基本形式:軸向竄動、徑向跳動和角度擺動(圖6-1(a)、圖6-1(b)、圖6-1(c))。實際上，這三種基本形式往往是同時存在的，如圖6-1(d)所示。機床主軸是安裝工件或刀具的基準(zhǔn)，并把動力和運動傳遞給工件或刀具，因此，主軸回轉(zhuǎn)精度是機床的重要精度指標(biāo)之一。它是決定加工表面幾何形狀精度、表面波度和表面粗糙度的主要因素。②導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差導(dǎo)軌在機床中起導(dǎo)向和承載作用。它既是確定機床主要部件相對位置的基準(zhǔn)，又是運動的基準(zhǔn)，其制造和裝配精度是影響直線運動精度的主要因素，并直接反映到零件的加工精度上。上一頁

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返回第一節(jié)影響加工精度的因素導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差這種誤差如圖6-2中的△1，對于普通車床和外圓磨床，它將直接反映在工件已加工表面的法線方向上，對加工精度影響很大，使工件產(chǎn)生圓柱度誤差。導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差這種誤差如圖6-2中的△2，對普通車床和外圓磨床，它發(fā)生在工件已加工表面的切線方向上，對零件的形狀精度影響不大。但對平面磨床、劍床、銑床，它將引起工件的法向位移，造成形狀誤差。導(dǎo)軌面間的平行度誤差如圖6-3所示，車床兩導(dǎo)軌的平行度產(chǎn)生誤差△(扭曲)，使大拖板產(chǎn)生橫向傾抖，刀具產(chǎn)生位移，因而引起工件的形狀誤差。上一頁

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返回第一節(jié)影響加工精度的因素機床的安裝對導(dǎo)軌的原有精度影響很大。尤其是床身較長的龍門刨床、導(dǎo)軌磨床等，因?qū)к夐L，剛性差，并在本身自重的作用下容易產(chǎn)生變形，如果安裝不正確或地基不堅實，都會導(dǎo)致導(dǎo)軌產(chǎn)生較大的變形，使工件的加工精度受到影響。③機床的傳動誤差機床的傳動誤差是指實現(xiàn)機床切削運動的傳動機構(gòu)本身的制造誤差、安裝誤差和工作中的磨損，引起切削運動的不準(zhǔn)確程度。

(3)刀具誤差刀具誤差是指刀具的制造誤差和尺寸磨損對工件加工精度的影響，隨刀具的種類而異。一般刀具(如普通車刀、刨刀、單刃鎖刀、平面銑刀等)的制造誤差，對工件加工精度沒有直接影響。但當(dāng)?shù)毒吲c工件間的相對位置調(diào)整好后，在加工過程中，刀具的磨損將會影響加工精度。上一頁

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返回第一節(jié)影響加工精度的因素成形刀具(如成形車刀、成形銑刀、成形砂輪、齒輪刀具等)的制造誤差和尺寸磨損，都會影響工件的形狀精度和尺寸精度。定尺寸刀具(如鉆頭、鉸刀、絲錐、鍵槽銑刀等)的制造誤差和尺寸磨損，均會影響工件的尺寸精度。刀具安裝不正確、刃磨不對稱，也會影響工件的尺寸精度。(4)夾具誤差夾具誤差是指夾具的定位元件、導(dǎo)向元件及夾具等的加工誤差和裝配誤差。它對被加工零件的位置誤差影響較大，其次是影響尺寸誤差和形狀誤差。夾具的磨損是緩慢的，故對加工誤差的影響不太明顯。另外，夾緊變形也會造成工件的加工誤差。(5)調(diào)整誤差在機械加工的每一道工序中，總是要對工藝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，但調(diào)整總不可能絕對準(zhǔn)確，也就帶來了一些原始誤差，即調(diào)整誤差。上一頁

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返回第一節(jié)影響加工精度的因素加工中，因工件的生產(chǎn)批量和加工精度的不同，其調(diào)整方法亦不同。如大量生產(chǎn)時，常用樣件、樣板、靠模等調(diào)整工藝系統(tǒng);單件小批生產(chǎn)時，則多采用試切法來調(diào)整。①試切法調(diào)整試切法調(diào)整的誤差來源有:側(cè)量誤差側(cè)量工具的制造誤差、讀數(shù)誤差及側(cè)量溫度、側(cè)量力的變化所引起的誤差。進(jìn)給機構(gòu)的位移誤差在試切中，由于低速微量進(jìn)給，常會出現(xiàn)進(jìn)給機構(gòu)的爬行現(xiàn)象，其結(jié)果是實際進(jìn)給量比轉(zhuǎn)動刻度盤的數(shù)值要偏大或偏小些，造成加工誤差。最小切削厚度極限的影響精加工時，試切的最后一刀余量總是很小的，當(dāng)達(dá)到切削厚度的極限值時，則刀具只起擠壓而不起切削作用。上一頁

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返回第一節(jié)影響加工精度的因素②用調(diào)整法調(diào)整用定程機構(gòu)調(diào)整在半自動機床、自動機床和自動線上，廣泛采用行程檔塊、靠模、凸輪等機構(gòu)來保證加工精度。這些機構(gòu)的制造精度和剛度，以及與之配合使用的離合器、控制閥等的靈敏度。形成影響調(diào)整誤差的主要原因。用樣件或樣板調(diào)整在各種仿形機床、多刀機床和專用機床加工中，常采用樣件或樣板來調(diào)整刀具、機床與工件之間的相對位置。此時，樣件或樣板的制造誤差、安裝誤差和對刀誤差就是調(diào)整誤差的來源之一。上一頁

返回第二節(jié)工藝系統(tǒng)的受力變形和熱變形一、受力變形在機械加工中，工藝系統(tǒng)在切削力、傳動力、慣性力、夾緊力及重力等作用下，會產(chǎn)生相應(yīng)的變形(彈性變形和塑性變形)，由此導(dǎo)致刀具與工件之間己調(diào)整好的正確位置關(guān)系被破壞，從而產(chǎn)生加工誤差。1.切削力作用點位置變化引起的加工誤差在切削過程中，工藝系統(tǒng)的剛度隨切削力作用點位置的變化而變化，從而引起工藝系統(tǒng)變形的不斷變化，使已加工表面產(chǎn)生幾何形狀誤差。例如車削細(xì)長軸時，工件在切削力的作用下產(chǎn)生彎曲變形，而且變形的程度隨走JJ位置的變化而變化，加工后會出現(xiàn)圓柱度誤差形成鼓形。下一頁

返回第二節(jié)工藝系統(tǒng)的受力變形和熱變形2.切削力變化引起的加工誤差在切削過程中，由于被加工表面的幾何形狀誤差和材質(zhì)的不均勻，而引起切削力的變化，導(dǎo)致工件的加工誤差。由于毛坯的圓度誤差，使車削時刀具的背吃刀量在ap1和ap2之間變化，因此，背向力Fp也隨背吃刀量的變化變到，致使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的變形(即由y1變到y(tǒng)2)，也就使得已加工表面形成了圓度誤差，這種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”。3.慣性力和傳動力引起的加工誤差在高速旋轉(zhuǎn)切削質(zhì)量不平衡工件時，離心力和背向力的方向，有時相同，有時相反，使工件產(chǎn)生圓度誤差，如圖6-6所示。上一頁

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返回第二節(jié)工藝系統(tǒng)的受力變形和熱變形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，有時和背向力同向，有時反向，因此它也會造成工件的圓度誤差(如圖6-7)。4.夾緊力和重力引起的加工誤差工件在裝夾過程中，由于工件剛度較低或夾緊力F的著力點不當(dāng)，將會引起工件變形，造成加工誤差(如圖6-8)。在工藝系統(tǒng)中，因零部件自重也會引起變形，造成加工誤差。如圖6-9所示為搖臂鉆床的搖臂在主軸箱自重的作用下，所產(chǎn)生的變形。二、熱變形上一頁

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返回第二節(jié)工藝系統(tǒng)的受力變形和熱變形在機械加工中，工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下，常產(chǎn)生復(fù)雜的變形，破壞了工件與刀具之間的相對位置和相對運動關(guān)系，造成加工誤差。在精密加工中，熱變形引起的加工誤差占總加工誤差的40%~70%。熱變形既降低了系統(tǒng)的加工精度又降低了加工效率。1.工藝系統(tǒng)的熱源工藝系統(tǒng)的熱源大致分為內(nèi)部熱源和外部熱源兩大類。內(nèi)部熱源包括切削熱和摩擦熱，外部熱源包括環(huán)境溫度和輻射熱。2.機床熱變形引起的加工誤差上一頁

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返回第二節(jié)工藝系統(tǒng)的受力變形和熱變形上一頁

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返回機床受熱源的影響，各部分溫度將發(fā)生變化，因熱源分布的不均勻性和機床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使機床各部件產(chǎn)生不同程度的熱變形，破壞了機床原有的幾何精度，從而造成加工誤差。不同類型的機床因其結(jié)構(gòu)和工作條件的差異，而使熱源和變形形式各不相同。磨床的熱變形對加工誤差的影響較大，一般外圓磨床的主要熱源是砂輪主軸的摩擦熱和液壓系統(tǒng)的發(fā)熱;而車、銑、鉆、鎖等機床的主要熱源則是主軸箱內(nèi)軸承、齒輪、離合器等傳動副的摩擦引起發(fā)熱，導(dǎo)致主軸及與其連接部分的床身溫度升高，而產(chǎn)生熱變形。圖6-10所示為幾種機床的熱變形趨勢。第二節(jié)工藝系統(tǒng)的受力變形和熱變形3.工件熱變形引起的加工誤差工件的熱變形主要是切削熱引起的。熱變形情況與加工方法和受熱是否均勻有關(guān)。在車、磨外圓時，工件均勻受熱而產(chǎn)生熱伸長，當(dāng)工件能夠自由伸長時，工件的熱變形主要影響尺寸精度，否則，還會產(chǎn)生圓柱度誤差，加工螺紋時由于工件熱變形將產(chǎn)生螺距誤差。當(dāng)工件進(jìn)行銑削、刨削、磨削等平面加工時，工件單面受熱，上下表面溫升不等，從而導(dǎo)致工件產(chǎn)生中凸變形，加工冷卻后，致使已加工表面呈中凹形。4.刀具熱變形引起的加工誤差上一頁

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返回第二節(jié)工藝系統(tǒng)的受力變形和熱變形在切削過程中，有部分切削熱傳給刀具，雖然熱量很少，但因刀具體積小，熱容量小，刀具的溫升卻很高，從而引起刀具熱伸長變形，造成加工誤差;當(dāng)?shù)毒哌B續(xù)切削時，傳給刀具的切削熱隨時間不斷增加，刀具的熱伸長量逐漸增加，使工件產(chǎn)生圓柱度誤差。上一頁

返回第三節(jié)經(jīng)濟精度和經(jīng)濟表面粗糙度前面已講述了車、銑、刨、磨、鉆、鏡等加工方法及所用的機床、刀具和夾具。顯然，不同的加工方法有各自不同的用途，它們所能達(dá)到的加工精度和表面粗糙度也是不同的。即使是同一種加工方法，使用同一臺機床，由于操作者技術(shù)水平、刀具刃磨質(zhì)量、機床調(diào)整質(zhì)量和切削用量的不同，所得到的加工精度和表面粗糙度也會有很大的差別。一、經(jīng)濟精度根據(jù)統(tǒng)計資料證明，任何一種加工方法的加工誤差與加工成本之間的關(guān)系，可用圖6-13所示曲線表示)這條曲線可以分成三段:AB段:加工誤差小精度高，但成本太高，不經(jīng)濟。下一頁

返回第三節(jié)經(jīng)濟精度和經(jīng)濟表面粗糙度

CD段:曲線與橫坐標(biāo)幾乎平行，說明加工精度很低，但加工成本不能無限制下降，它必須消耗這種加工方法所要求的最低成本，所以，既難以保證質(zhì)量，也不經(jīng)濟。BC段:既可達(dá)到一定的加工精度，又不會使成本過高，所以經(jīng)濟。經(jīng)濟精度是指每種加工方法在正常生產(chǎn)條件(完好的設(shè)備、使用必要的刀具和夾具、操作者具有熟練的技術(shù)、合理的定額工時)下，能較經(jīng)濟地達(dá)到的加工精度范圍。經(jīng)濟精度是由幾種不同加工方法相互比較的結(jié)果。上一頁

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返回第三節(jié)經(jīng)濟精度和經(jīng)濟表面粗糙度如圖6-14所示為車、磨外圓加工成本的比較，可見，當(dāng)零件的加工誤差小于△

A時，采用磨削比較經(jīng)濟;而當(dāng)零件的加工誤差大于△

A時，則采用車削比較經(jīng)濟?！鰽就是磨削加工經(jīng)濟精度的下限，同時也是車削加工經(jīng)濟精度的上限。加工經(jīng)濟精度也不是一成不變的，它隨著工藝技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備和工藝裝備的改進(jìn)而變化。經(jīng)濟表面粗糙度的概念與加工經(jīng)濟精度類似。二、常用加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟精度常用加工方法所能達(dá)到的尺寸經(jīng)濟精度常用加工方法加工外圓柱表面、圓柱形孔、平面、齒形和普通螺紋的尺寸經(jīng)濟精度見表6-1~表6-5。上一頁

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返回第三節(jié)經(jīng)濟精度和經(jīng)濟表面粗糙度2.常用加工方法所能達(dá)到的形狀經(jīng)濟精度常用加工方法所能達(dá)到的直線度、平面度、圓度和圓柱度的經(jīng)濟精度見表6-6,表6-7。3.加工方法能達(dá)到的位置經(jīng)濟精度常用加工方法所能達(dá)到的平行度、傾斜度、垂直度、同軸度、圓跳動、全跳動的經(jīng)濟精度見表6-8,表6-9。加工軸心線相互平行或相互垂直的孔的位置經(jīng)濟精度見表6-10,表6-11。三、常用加工方法能達(dá)到的表面粗糙度常用加工方法能達(dá)到的經(jīng)濟表面粗糙度的參考數(shù)據(jù)見表6-12。上一頁

返回圖6-1主鈾回轉(zhuǎn)誤差的基本形式返回圖6-2導(dǎo)軌直線度誤差返回圖6-3導(dǎo)軌面間的平行度誤差返回圖6-6慣性力引起的加工誤差返回圖6-7單爪撥盤傳動力的影晌返回圖6-8著力點不當(dāng)引起的加工誤差返回圖6-9自重力引起的加工誤差返回圖6-10幾何機床的熱變形趨勢返回圖6-13加工誤差與加工成本關(guān)系曲線返回圖6-14車、磨外圓加工成本的比較返回表6-1外圓柱表面加工尺寸經(jīng)濟精度