1、1,第二十八章 机械加工质量,1. 机械 加工精度 一、概述 1. 加工精度概念 机械加工精度： 指零件加工后的实际 几何参数与理想几何 参数相符合的程度. 二者间的偏差即为加工误差. 加工误差愈大,加工精度则愈低;反之则愈高. 尺寸精度：加工表面的实际尺寸与零件尺寸公差带中心的符合程度. 几何形状精度：加工后零件表面的实际几何形状与理想几何形状的符合程度. 位置精度：加工后零件有关表面之间的实际位置与理想位置的符合程度.,2,2. 原始误差和加工误差 l 原始误差：在工艺系统(由机床、夹具、刀具及工件所组成的统一体)中, 所有客观存在的误差因素。 原始误差按其性质分为: 1) 工艺系统的几何
2、误差 包括加工原理误差、机床几何误差 、夹具和刀具的 制造误差、工件定位与夹紧误差、调整误差及磨损引起的误差 . 2) 工艺系统的受力变形 3) 工艺系统的热变形 4)工件的内应力引起的误差,原始误差与加工误差的关系 在机械加工过程中,已存在的原始误差破坏了刀具 和工件之间正确的几何关系,因而造成了加工误差. 原始误差对加工误差的影响表现为其在工艺尺寸方向上的分量的大小。 误差敏感方向：原始误差对加工精度影响最大的方向-加工表面的法向 误差不敏感方向：原始误差对加工精度影响最小的方向-加工表面的切向,3,二、工艺系统几何误差,(一) 加工原理误差 即采用近似的加工原理进行加工所产生的误差. 近
3、似的成形运动:滚齿、插齿 、配换挂轮传动比、车模数蜗杆 近似的切削刃轮廓: 齿轮铣刀、齿轮滚刀 采用近似的成形运动和近似的切削刃轮廓产生加工误差是不可避免的,但它 可使机床、刀具的结构或加工过程简化,从而提高加工精度. (二)机床的几何误差 机床精度取决于其制造精度、装配精度及磨损情况. 其中对加工精度影响最大的是: 主轴误差、导轨误差及传动链误差 主轴几何偏心：车床上，与定位基准面间产生同轴度、垂直度等位置误 差；镗床和钻床会造成孔径的扩大。,4,.主轴回转运动误差 主轴回转运动误差（主轴轴线漂移）： 机床主轴在回转过程中,由于各种因素的影响,主轴实际回转轴线相对其平 均回 转轴线在各瞬间产
4、生的一定的变动(漂移). 造成主轴回转误差的原因: 主轴支承轴径和轴承孔的圆度、轴承的间隙、 滚动轴承滚动体的圆度及其尺寸差异. 纯轴向运动：主轴瞬时回转轴线沿平均回转轴线的轴向运动 车端面产生平面度误差及轴向尺寸误差；车螺纹产生螺距小周期误差; 用 面铣刀铣平面或盘铣刀铣槽产生平面度误差。 造成纯轴向运动原因:主轴轴向定位面与轴线的 垂直度误差. 纯径向运动：主轴瞬时回转轴线平行于平均回转 轴线的运动.主要影响工件在该方向的形状和尺寸精度. 例车削外圆、镗孔时产生圆度误差和直 径尺寸误差。 纯角度摆动：主轴瞬时回转轴线与平均回转轴线成 一倾斜角度,但其交点不变的运动. 它影响工件的形状精度.
5、例车外圆时产生锥度误差。,5,2. 机床导轨误差：,导轨直线度误差 水平面内: 加工误差敏感方向 工件直径的加工误差 车床、外圆磨床加工外圆 铣、刨床加工垂直面 垂直面内: 加工误差敏感方向 (铣、刨、磨水平面) 加工误差不敏感方向 (车、磨外圆) 工件直径的加工误差 导轨间的平行度误差 床鞍产生后仰或前倾,刀具位移 导轨与主轴及工作台位置误差 导轨与主轴中心线不平行 主轴中心线与工作台面不垂直,6,3) 机床传动链误差,传动误差来源： 传动链中各传动元件本身的制造误差、安装误差、磨损及间隙 内联系传动链中传动链误差是加工误差敏感方向 传动链误差是传动链中各传动副传动误差的累积. 传动链误差主
6、要产生于传动链的末端元件. 传动链末端元件的误差直接反映在工件上. 升速传动:传动链中前边传动元件的误差被扩大,影响严重. 降速传动:传动链中前边传动元件的误差被缩小,影响不严重.,7,(三) 工艺系统的其他几何误差,1. 刀具误差 包括刀具制造误差、刃磨误差、安装误差及刀具磨损。 成形法：刀具表面形状误差及安装误差直接影响加工表面形状精度。 展成法：加工表面是无数刀刃轨迹的包络面，刀具误差会影响加工表面 的形状误差。 轨迹法：工件表面是刀尖与工件相对运动轨迹的包络面。一般刀具的制 造误差不直接影响加工精度. 定尺寸刀具：如钻头、铰刀、拉刀等，尺寸、形状直接影响工件尺寸和 形状精度。 刀具磨损
7、：用调整法加工时,直接影响工件的尺寸、形状。 2. 工件装夹误差 工件的定位误差和夹紧变形将直接造成加工误差. 夹具制造误差：定位元件、刀具导向装置、对刀装置、分度机构以及夹具体 等零件及组件的制造误差、组装位置误差，引起加工表面尺寸及位置误差。 夹具磨损引起的定位误差. 3 . 测量误差 直接影响加工精度,8,三、工艺系统的受力变形,在机械加工过程中，工艺系统受到切削力、重力、夹紧力、惯性力和传动 力 等外力的作用，都会产生变形，破坏了刀具与工件间的正确位置，从而 造成加工误差。 工艺系统受力变形分为: 塑性变形: 永久变形 造成工艺系统的几何误差 弹性变形: 造成加工误差 (一)工艺系统的
8、刚度 物体的静刚度：作用力F与在作用力方向上产生的的位移y的比值。即 k=F/y 工艺系统的刚度：指工件和刀具的法向切削分力(背向力或切深抗力)与在 总切削力的作用下,它们在该方向上的相对位移之比值。即 工艺系统的总变形量: 工艺系统的刚度: 工艺系统的总刚度总是小于系统中刚度最差的部件刚度.,9,(二)工艺系统受力变形对加工精度的影响,1. 切削过程中受力点位置变化引起的工件形状误差 1) 用两顶尖装夹车短粗轴 工件的变形可忽略不计,刀架的变形不随切削点位置变化而变化,不影响工件 的形状精度. 图示:在法向切削分力作用下, 头架顶尖受力为 头架产生的变形为 尾架顶尖受力为 尾架产生的变形为
9、刀架所受力为 刀架产生的变形为,10,在刀具切削点处,工件轴线的位移 为: 由于切削力作用点位置变化,则工艺系统的变形量是变值,加工出的工件母线 不直,呈马鞍形. 工艺系统的总变形量,11,2)用两顶尖装夹车细长轴,由于工件的刚度小,在加工过程中工件产生的 变形远大于工艺系统中其它各部分的变形,故 工艺系统的变形主要取决于工件的变形.工件 在切削点的变形量可按简支梁计算: 式中 E-工件材料的弹性模量，单位为 I-工件截面的惯性矩,单位为 当刀尖处于中间位置时,工件在该点的变形最大, 两端的变形量为零.工件加工后呈腰鼓形.,12,2. 毛坯误差的复映, 误差复映：即 在切削加工过程中,由于工件
10、被加工表面的几何形状误差及材 料硬度不均，引起切削力的变化，使工艺系统产生了相应的变形，造成了 加工误差.这种误差与加工前的误差形状相似,且误差数值减小. 例：车削加工短圆柱毛坯，该毛坯有圆度误差（椭圆），这时系统刚度可 近似看成常数。因此切削过程中背吃刀量在不断变化，从而导致系统的变 形量也随之变化，最终加工后的表面仍为椭圆。 复映误差大小取决于切削力的变化与工艺系统刚度之间的关系 根据切削力实验公式得到 毛坯圆度的最大误差 车削后工件的圆度误差,13,误差复映系数反映了毛坯误差对加工误差的影响程度，它与工艺系统刚 度成反比 减少的方法：提高工艺系统刚度；减少切削力；增加进给次数 第一次进给
11、 第二次进给 第三次进给 为小于1的正数，每次切削的复映系数为 1 ， 2 ， 3 最终误差复映系数为=123 1，故切削次数越多误差越小。 3. 切削过程中受力方向变化引起的加工误差 切削过程中,如果在工件和刀具间存在方向周期性变化的的作用力,当此作用 力与FP力方向相同(或相反)时,工艺系统会产生一定的变形,使实际背吃刀量 增加(或减少), 因而造成工件的形状误差(一般为心形线圆度误差). 例如:在车削、磨削外圆柱面时,用两顶尖 装夹工件,通过卡箍的拨销传动工件旋转, 由于作用在拨销上的传动力方向的旋转 变化,使机床的变形是个变量,因 而造成 工件的心形线圆度误差.,14,传动力造成工件的
12、心形线圆度误差,这是一种等直径的圆度误差,其半径在一 个方向上的增大量等于它在相反方向的减小量,只有测量径向跳动才能发现. 转动件质量不平衡时的 离心力也引起工件的圆度误差. 4. 其他力引起的加工误差 重力的影响: 镗床镗杆伸长下垂变形、龙门铣床刀架横梁弯曲变形 夹紧力的影响: 夹紧力过大、着力点不当,15,(三) 减小受力变形对加工精度影响的措施,工艺系统受力的变形量不变,主要造成调整尺寸和位置的误差. 工艺系统受力的变形量变化 造成工件的形状误差. 1. 控制受力大小和方向 合理选择进给量和背吃刀量; 增大刀具主偏角以减小Fp; 采用浮动镗刀或双刃镗刀,抵消Fp; 设置平衡块消除离心力的
13、影响; 采用双拨盘或柔性连接装置以平衡传动力. 2. 提高工艺系统的刚度 1) 提高接触刚度 改善主要零件接触面的配合质量,增加实际接触面积; 尽可能减少接触面的数量; 在接触面之间预加载荷,消除间隙,提高接触刚度.(轴承、滚动导轨、滚珠导轨) 2) 提高机床部件刚度 悬伸长度短、运动间隙小、不运动部件要锁紧。,16,3) 提高刀具和夹具的刚度 3. 合理装夹工件, 减少受力变形 车削细长轴采用中心架或跟刀架 缩短切削力作用点和支承点的距离 降低工件的装夹高度, 减小夹紧力作用点至加工表面的距离 磨削薄板工件时应在工件与吸盘间垫橡皮垫 其它措施：补偿系统受力变形、 转移误差敏感方向、转移误差等。,17,
