機(jī)械制造工藝學(xué) 第3版 課件 模塊三機(jī)械加工精度與表面質(zhì)量控制-項(xiàng)目六12機(jī)械加工精度控制

機(jī)械制造工藝學(xué)機(jī)械制造工藝課程組項(xiàng)目六模塊三任務(wù)缸套零件機(jī)械加工精度的控制如圖6-1所示要加工一批薄壁缸套，材料為QT600-3，精度等級為6級，試分析該種薄壁零件宜采用何種方法保證其加工精度和表面質(zhì)量，并制定其機(jī)械加工工藝過程卡。圖6-1薄壁缸套本任務(wù)為一薄壁缸套零件，其結(jié)構(gòu)簡單但尺寸大、壁厚薄，尺寸精度和表面粗糙度要求均較高，同時(shí)外圓與內(nèi)孔有同軸度要求，兩端面有平行度要求，如何在機(jī)械加工中解決裝夾定位，確保不因夾緊力、切削力、磨削力的作用影響零件加工精度是解決該任務(wù)的關(guān)鍵。1.掌握機(jī)械加工精度相關(guān)概念。2.掌握影響機(jī)械加工精度的因素。3.掌握提高機(jī)械加工精度的方法。具有根據(jù)零件特點(diǎn)、加工方法、機(jī)床、夾具等選擇分析可能影響其機(jī)械加工精度的因素并保證其加工精度的能力。培養(yǎng)學(xué)生精益求精、追求卓越的工匠精神。機(jī)械加工精度基本概念產(chǎn)品的質(zhì)量與零件的加工質(zhì)量、產(chǎn)品的裝配質(zhì)量密切相關(guān)，而零件的加工質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)。它包括零件的加工精度和表面質(zhì)量兩方面。一、機(jī)械加工精度的概念機(jī)械加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和相互位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏離程度稱為加工誤差。加工誤差越小，加工精度就越高。所以，加工精度與加工誤差是一個(gè)問題的兩種提法。零件有關(guān)表面的尺寸精度，幾何形狀精度和相互位置精度之間是有聯(lián)系的。形狀誤差應(yīng)該限制在位置公差內(nèi)，位置誤差要限制在尺寸公差內(nèi)。一般尺寸精度高，相應(yīng)的形狀、位置要求也高。二、獲得加工精度的方法零件的加工精度包括尺寸精度、幾何形狀精度和相互位置精度。幾何形狀誤差又可分為宏觀幾何形狀誤差、波度和微觀幾何形狀誤差。(一)獲得尺寸精度的方法1.獲得尺寸精度的方法

試切法

定尺寸刀具法

調(diào)整法自動控制法

2.獲得形狀精度的方法

刀尖軌跡法

成形刀具法

展成法

3.獲得位置精度的方法

直接找正

劃線找正

夾具定位三、影響加工精度的原始誤差機(jī)械加工中，由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的系統(tǒng)，稱為機(jī)械加工工藝系統(tǒng)。機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的誤差是工件產(chǎn)生加工誤差的根源。我們把工藝系統(tǒng)的各種誤差稱之為原始誤差。原始誤差的種類1)工藝系統(tǒng)的幾何誤差。2)工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差。3)工藝系統(tǒng)熱變形引起的誤差。4)工件的殘余應(yīng)力引起的誤差。原始誤差產(chǎn)生加工誤差的根源，它包括：加工誤差加工原理誤差機(jī)床幾何誤差（工藝系統(tǒng)靜誤差）工藝系統(tǒng)動誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差1.軸向竄動2.徑向跳動3.角度擺動導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差1.導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差2.導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差3.導(dǎo)軌面間的平行度誤差機(jī)床的傳動誤差工藝系統(tǒng)其他幾何誤差1.刀具誤差2.夾具誤差和裝夾誤差3.調(diào)整誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差一、加工原理誤差加工原理誤差是指采用了近似的成形運(yùn)動或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差。例如，滾齒加工用的齒輪滾刀，就有兩種誤差存在：一是刀刃輪廓近似造形誤差，由于制造上的困難，采用了阿基米德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿代替漸開線基本蝸桿;二是由于滾刀刀齒數(shù)有限，實(shí)際上加工出的齒形是一條折線和理論的光滑漸開線有差異，這些都會產(chǎn)生原理誤差。車削模數(shù)蝸桿時(shí)，由于蝸桿的螺距等于蝸輪的周節(jié)(即πm)，其中m是模數(shù)，而π是一個(gè)無理數(shù)(π=3.1415…)，選擇配換齒輪時(shí)只能將π化為近似的分?jǐn)?shù)值計(jì)算，這就將引起刀具相對于工件的成形運(yùn)動(螺旋運(yùn)動)不準(zhǔn)確，造成螺距誤差。采用近似的成形運(yùn)動或近似的刀刃輪廓，雖然會帶來加工原理誤差，但往往可以簡化機(jī)床或刀具的結(jié)構(gòu)，有時(shí)反而可以得到高的加工精度，并且能提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性。因此，只要其誤差不超過規(guī)定的精度要求，在生產(chǎn)中仍得到廣泛的應(yīng)用。二、機(jī)床的幾何誤差機(jī)床幾何誤差的來源機(jī)床制造磨損安裝機(jī)床幾何誤差的組成①主軸回轉(zhuǎn)誤差②導(dǎo)軌誤差③傳動鏈誤差水平面內(nèi)直線度垂直面內(nèi)直線度前后導(dǎo)軌的平行度內(nèi)聯(lián)傳動鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃釉g相對運(yùn)動誤差軸向竄動徑向跳動角度擺動(一)主軸回轉(zhuǎn)誤差圖6-3主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形式1.回轉(zhuǎn)誤差的概念及其影響因素主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對理論回轉(zhuǎn)軸線的“漂移”。主軸回轉(zhuǎn)誤差可分為三種基本形式，即軸向竄動、徑向跳動和角度擺動(圖6-3a、b、c)。實(shí)際上，主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動誤差的三種基本形式是同時(shí)存在的(圖6-3d)。圖6-4滾動軸承的幾何誤差a)滾道的圓度誤差b)滾道的波度c)滾子的圓度和尺寸影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素有：

1)主軸誤差

主要包括主軸支承軸頸的圓度誤差、同軸度誤差(使主軸軸心線發(fā)生偏斜)和主軸軸頸軸向承載面與軸線的垂直度誤差(影響主軸軸向竄動量)。2)軸承誤差

①滑動軸承內(nèi)孔或滾動軸承滾道的圓度誤差(圖6-4a)。②滑動軸承內(nèi)孔或滾動軸承滾道的波度(圖6-4b)。③滾動軸承滾子的形狀與尺寸誤差(圖6-4c)。④軸承定位端面與軸心線垂直度誤差、軸承端面之間的平行度誤差。⑤軸承間隙以及切削中的受力變形。3)主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度及熱變形。

2.主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響15下面以在鏜床上鏜孔、車床上車外圓為例來說明主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響。車間所有機(jī)床，我們分為：

工件回轉(zhuǎn)類刀具回轉(zhuǎn)類誤差敏感方向不變鏜床

車床加工時(shí)誤差敏感方向和切削力方向隨主軸回轉(zhuǎn)而不斷變化16(R+ΔR)2=Δz2+R2整理中略去高階微量ΔR2項(xiàng)可得ΔR=Δz2/2R設(shè)Δz=0.01mm，R=50mm，則ΔR=0.000001mm。此值完全可以忽略不計(jì)。由此可見，主軸的純徑向跳動對車削加工工件的圓度影響很小。①主軸的純徑向跳動對車削和鏜削加工精度的影響車床加工：工件回轉(zhuǎn)，刀具移動01圖6-5回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響車削圓柱表面時(shí)，回轉(zhuǎn)誤差沿刀具與工件接觸點(diǎn)的法線方向分量Δy對精度影響最大(圖6-5b)，反映到工件半徑方向上的誤差為ΔR=Δy，而切向分量Δz的影響最小(圖6-5a)，由圖6-5可看出，存在誤差Δz時(shí)，反映到工件半徑方向上的誤差為ΔR，其關(guān)系式為假設(shè)由于主軸的純徑向跳動而使軸線在y坐標(biāo)方向作簡諧運(yùn)動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，簡諧幅值為A；則:Y=Acosφ（φ＝ωt）且主軸中心偏移最大（等于A）時(shí)，鏜刀尖正好通過水平位置1處。當(dāng)鏜刀轉(zhuǎn)過一個(gè)φ角時(shí)（位置1’），刀尖軌跡的水平分量和垂直分量分別計(jì)算得：

y=Acosφ+Rcosφ=(A+R)cosφ Z=Rsinφ將上兩式平方相加得:

y2/(A+R)2+Z2/R2=1

表明此時(shí)鏜出的孔為橢圓形。02鏜削加工：鏜刀回轉(zhuǎn)，工件不轉(zhuǎn)

①主軸的純徑向跳動對車削和鏜削加工精度的影響AARφOm11，AcosφO234ORsinφ(A+R）cosφ圖

鏜孔時(shí)純徑向跳動對加工精度的影響②軸向竄動對車、鏜削加工精度的影響主軸的純軸向竄動對工件的內(nèi)、外圓加工沒有影響，但會影響加工端面與內(nèi)、外圓的垂直度誤差。主軸每旋轉(zhuǎn)一周，就要沿軸向竄動一次，向前竄的半周中形成右螺旋面，向后竄的半周中形成左螺旋面，最后切出如端面凸輪一樣的形狀，并在端面中心附近出現(xiàn)一個(gè)凸臺。當(dāng)加工螺紋時(shí)，主軸軸向竄動會使加工的螺紋產(chǎn)生螺距的小周期誤差。

主軸軸向竄動對端面加工的影響③角度擺動對車、鏜削加工精度的影響主軸純角度擺動對加工精度的影響，取決于不同的加工內(nèi)容。車削加工時(shí)工件每一橫截面內(nèi)的圓度誤差很小，但軸平面有圓柱度誤差（錐度）。車外圓：得到圓形工件，但產(chǎn)生圓柱度誤差（錐體）車端面：產(chǎn)生平面度誤差鏜孔時(shí)：由于主軸的純角度擺動

使得主軸回轉(zhuǎn)軸線與工作臺導(dǎo)軌不平行，使鏜出的孔呈橢圓形。

主軸純角度擺動對鏜孔精度的影響21④提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施1）提高主軸的軸承精度。2）減少機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響。3）對滾動軸承進(jìn)行預(yù)緊，以消除間隙。4）提高主軸箱體支承孔、主軸軸頸和與軸承相配合的零件有關(guān)表面的加工精度。3.主軸回轉(zhuǎn)精度的測量①機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度(包括徑向跳動、軸向竄動和角度擺動)的測量，在目前的生產(chǎn)過程中主要是利用表測法(圖6-7)。圖6-7主軸回轉(zhuǎn)精度的千分表測量3.主軸回轉(zhuǎn)精度的測量②傳感器測量法

圖6-8所示為用于刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床(鏜床)的主軸回轉(zhuǎn)精度測量示意圖。圖6-8用于刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床(鏜床)的主軸回轉(zhuǎn)精度測量示意圖1、2—位移傳感器3—標(biāo)準(zhǔn)鋼球4—示波器5—調(diào)整盤(二)導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床中確定某些主要部件相對位置的基準(zhǔn)，也是某些主要部件的運(yùn)動基準(zhǔn)。

機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差的基本形式水平面內(nèi)的直線度垂直面內(nèi)的直線度前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲）1.導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差的影響磨床導(dǎo)軌在x方向存在誤差Δ(圖6-9a)，引起工件在半徑方向上的誤差ΔR(圖6-9b)。當(dāng)磨削長外圓柱表面時(shí)，將造成工件的圓柱度誤差。圖6-9磨床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差臥式車床車削零件當(dāng)導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差為△y時(shí),引起工件在半徑方向的誤差為△R=△y1.導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差的影響導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差導(dǎo)軌水平面內(nèi)直線度ΔYΔYoDΔR水平面由此可見：床身導(dǎo)軌在水平面內(nèi)如果有直線度誤差，使工件在縱向截面和橫向截面內(nèi)分別產(chǎn)生形狀誤差和尺寸誤差。當(dāng)導(dǎo)軌向后凸出時(shí)，工件上產(chǎn)生鞍形加工誤差；當(dāng)導(dǎo)軌向前凸出時(shí)，工件上產(chǎn)生鼓形加工誤差。結(jié)論臥式車床車削零件

床身導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)有直線度誤差，會引起刀尖產(chǎn)生切向位移△Z，造成工件在半徑方向產(chǎn)生的誤差為：

△R≈△Z2/d設(shè)：△Z=△Y=0.01mm，R=50mm，則由于法向原始誤差而產(chǎn)生的加工誤差△R=△Y=0.01mm,由于切向原始誤差產(chǎn)生的加工誤差△R≈△Z2/d=0.000001mm此值完全可以忽略不計(jì)。由于△Z2數(shù)值很小，因此該誤差對工件的尺寸精度和形狀精度影響甚小。2.導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差的影響垂直平面導(dǎo)軌垂直面直線度ΔZdΔRΔZ圖

導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差Rd/22.導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差的影響如圖6-10所示，磨床導(dǎo)軌在y方向內(nèi)存在誤差Δ，磨削外圓時(shí)，工件沿砂輪切線方向產(chǎn)生位移，此時(shí)，工件半徑方向上產(chǎn)生誤差ΔR≈Δ2/2R，對工件的形狀精度影響甚小(誤差非敏感方向)。但導(dǎo)軌在垂直方向上的誤差對平面磨床、龍門刨床、銑床等將引起法向位移，其誤差直接反映到工件的加工表面(誤差敏感方向)，造成水平面上的形狀誤差。圖6-10磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差

圖

龍門刨床導(dǎo)軌垂直面內(nèi)直線度誤差

1－刨刀2－工件3－工作臺4－床身導(dǎo)軌原始誤差引起工件相對于刀具產(chǎn)生相對位移，若產(chǎn)生在加工表面法向方向（誤差敏感方向），對加工精度有直接影響；產(chǎn)生在加工表面切向方向（誤差非敏感方向），可忽略不計(jì)。結(jié)論：3.導(dǎo)軌面間平行度誤差的影響當(dāng)在車床類或磨床類機(jī)床上加工工件時(shí)，如果導(dǎo)軌與主軸軸心線不平行，則會引起工件的幾何形狀誤差。例如車床導(dǎo)軌與主軸軸心線在水平面內(nèi)不平行，會使工件的外圓柱表面產(chǎn)生錐度;在垂直面內(nèi)不平行時(shí)，會使工件成馬鞍形。臥式車床導(dǎo)軌從圖6-11可知，車床前后導(dǎo)軌扭曲的最終結(jié)果反映在工件上，于是產(chǎn)生了加工誤差△y。從幾何關(guān)系中可得出：

△y≈H△/B一般車床H≈2B/3，外圓磨床H≈B，因此該項(xiàng)原始誤差△對加工精度的影響很大。圖6-11導(dǎo)軌面間的平行度誤差

（1）機(jī)床傳動鏈誤差定義指傳動鏈?zhǔn)寄﹥啥藞?zhí)行元件間相對運(yùn)動的誤差。（2）機(jī)床傳動鏈誤差描述傳動鏈末端元件產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差。它的大小對車、磨、銑螺紋，滾、插、磨（展成法磨齒）齒輪等加工會影響分度精度，造成加工表面的形狀誤差，如螺距精度、齒距精度等。(三)機(jī)床的傳動誤差(三)機(jī)床的傳動誤差車削螺紋時(shí)，要求工件旋轉(zhuǎn)一周刀具直線移動一個(gè)導(dǎo)程(對于單頭螺紋即為一個(gè)螺距)，如圖6-12所示。傳動時(shí)，必須保持Ph=iT為恒值，Ph為工件導(dǎo)程，T為絲杠導(dǎo)程，i為齒輪z1~z8的傳動比。所以，絲杠導(dǎo)程和各齒輪的制造誤差都必將引起工件螺紋導(dǎo)程的誤差。圖6-12車螺紋的傳動鏈?zhǔn)疽鈭DS－工件導(dǎo)程；T－絲杠導(dǎo)程；Z1～Z8－各齒輪齒數(shù)例：車螺紋，要求主軸與傳動絲杠的轉(zhuǎn)速比恒定（見圖6-12），即Z1Z2驅(qū)動絲杠誤差的產(chǎn)生若齒輪Z1有轉(zhuǎn)角誤差δ1，造成Z2的轉(zhuǎn)角誤差為：δ12＝i12δ1Z1δ1δ1n=i1nδ1Z2δ2δ2n=i2nδ2………………Znδnδnn=innδn在任一時(shí)刻，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差反映到絲杠的總誤差為：傳到絲杠上的轉(zhuǎn)角誤差為δ1n，即：減少傳動鏈誤差的措施1)減少傳動鏈中的環(huán)節(jié)，縮短傳動鏈。2)提高傳動副(特別是末端傳動副)的制造和裝配精度。3)消除傳動間隙。4)采用誤差校正機(jī)構(gòu)。三、工藝系統(tǒng)的其他幾何誤差(一)刀具誤差一般刀具定尺寸刀具成形刀具如普通車刀、單刃鏜刀和面銑刀等的制造誤差對加工精度沒有直接影響，但磨損后對工件尺寸或形狀精度有一定影響

定尺寸