1、第二章 机械加工精度,2-1 概 述零件机械加工质量机械加工精度和加工表面质量 一、机械加工精度包括尺寸、形状、位置精度机械加工精度：零件加工后的实际几何参数与理想零件的几何参数相符合的程度。机械加工误差：零件加工后的实际几何参数与理想几何参数相偏离的程度。决定机械加工精度的关键：工艺系统的精度 工艺系统由机床、夹具、刀具、工件构成工艺系统的误差称为原始误差,提高和保证加工精度的问题就是控制和减小原始误差的问题,影响加工精度的因素,二. 影响机械加工精度的因素,1、工件装夹误差：定位误差、夹紧误差2、调整误差：夹具位置、定位菱形销位置、对刀调整3、工艺系统几何误差：机床、刀具、夹具的制造误差4
2、、工艺系统动误差：切削力、切削热、磨擦引起的工艺系统的变形和磨损5、测量误差、工件毛坯内应力而引起的加工误差.,工艺系统原始误差分类,误差的敏感方向,三、误差的敏感方向 对加工精度影响最大的方向，一般是工序尺寸方向，因此当原始误差的方向与工序尺寸方向一致时，原始误差对加工精度的影响最大。,研究加工精度的方法,四、研究加工精度的方法1)单因素分析法 研究某一确定因素对加工精度的影响，一般不考虑其它因素作用 2)统计分析法以生产中一批工件的实测结果为基础，运用数理统计方法进行数据处理，以控制工艺过程：判断误差性质、找出误差出现的规律、指导解决加工精度问题,2-2 工艺系统的儿何精度对加工精度的影响
3、一、加工原理误差,第二节 工艺系统的儿何精度对加工精度的影响 一、加工原理误差采用原理上近似的成形运动或近似的刀具轮廓进行加工所引起的误差。 加工原理误差多出现于螺纹、齿轮、复杂曲面加工中； 应用近似加工，在理论误差可以满足加工精度要求的前提下(10%-15%尺寸公差)，是提高生产率和经济性的有效工艺方法。,一般加工原理误差应10%-15%工件公差,二、调整误差,二、调整误差 1.调整误差由于调整不准确而产生的误差 工艺系统的调整有两种基本形式： (1)试切法调整试切、测量、调整，直至符合规定的尺寸 影响调整精度的因素：1）测量误差、2）机床进给机构位移误差、3）试切厚度与正式切削厚度不同而产
4、生的误差 试切法调整加工特点：生产效率低，只适于单件小批生产；,调整法加工前调整好刀具与工件之间的相对位置 影响调整精度的因素： 1）影响试切法的所有因素、2）定程机构、3）样件或样板误差、4）测量有限试件造成的误差 调整法加工特点：生产效率高,三、机床误差（一）导轨导向误差,三、机床误差 机床的制造误差、安装误差和磨损 ，如导轨导向误差、主轴回转误差和传动链的传动误差,（一）机床导轨导向误差,（一）机床导轨导向误差 1、导轨导向精度导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度。 直线导轨的导向精度包括： 导轨在水平面内直线度y和垂直面内的直线度z（弯曲） 前后两导轨的平行度（扭曲） 导轨
5、对主轴回转轴线在水平面内和垂直面内的平行度或垂直度误差。,（一）导轨导向误差,2）导轨导向精度对切削加工的影响主要考虑导轨误差引起刀具与工件在误差敏感方向的相对位移 （1 ) 车床床身导轨引起的加工误差(敏感方向是水平方向)床身导轨在水平面内导向误差y引起的加工误差： Ryy导轨在垂直面内导向误差z引起的加工误差：Rz(z)2D,图7-4,例：设车床导轨在垂直方向的直线度误差Z=0.01mm,d=100mm, 则：R=0.000001mm 此值可以略去不计,图7-4,结论：1、车削加工时误差敏感方向为水平方向，垂直方向的导向误差产生的加工误差Ry可忽略2、导轨扭曲量引起的加工误差不可忽略,车床
6、前后两导轨扭曲（扭曲量）引起的加工误差,一般车床 H/B 2/3，外圆磨床 H B，,（一）导轨导向误差,（2)镗床床身导轨导向误差误差敏感方向随刀具回转而变化 以工作台进给：导轨在水平和垂直面内的导向误差（y、z）均直接影响被加工孔形状和与基准的位置误差； 以镗刀杆为进给方式，导轨的不直、扭曲、与镗杆轴线不平行引起孔与基准的位置误差,而不会引起孔的形状误差 导轨与主轴回转轴线不平行，镗出的孔为椭圆；,（一）导轨导向误差,（3)刨床加工：误差敏感方向为垂直方向，床身导轨在垂直平面内的直线度引起加工表面直线度及平面度误差,影响导轨导向精度的因素：1）加工误差、2）安装不正确、3）磨损、 4）加工
7、中受力变形或热变形减小导向误差对加工精度的影响：从结构、材料、润滑、防护等方面采取措施,（二）机床主轴的回转误差1、基本概念,（二）机床主轴回转误差实际回转轴线对于理想回转轴线的漂移1、基本概念： 理想回转轴线实际回转轴线的平均空间位置（平均回转轴线）主轴回转轴线的运动误差可分解为以下三种基本形式：端面圆跳动：主轴回转轴线在轴向的位置变化径向圆跳动：主轴回转轴线相对平均回转轴线在径向的变动量倾角摆动：主轴回转轴线绕平均回转轴线成一倾角的运动,2、主轴回转误差对加工精度的影响1）端面跳动对加工精度的影响,2、主轴回转误差对加工精度的影响 主轴端面跳动对加工精度的影响 （1）加工圆柱面时无影响 （
8、2）车、镗端面时，将产生端面与圆柱面轴线垂直度误差或端面平面度误差 （3）加工螺纹时 ，将产生螺距周期误差,机床主轴端面圆跳动的幅值通常都有严格的要求，如精密车床的主轴端面圆跳动规定为 2 3m，甚至更严,2）径向跳动对加工精度的影响,主轴的径向圆跳动将使加工件产生圆度误差，但大小视加工方法而不同 （1）若主轴的径向回转误差表现为其实际轴线在y坐标方向上作简谐直线运动 h = Acos 工件产生圆度误差， 镗床镗孔：原始误差 h = Acos ，某时刻（主轴转过 角），加工表面与镗刀接触点的坐标（Om为原点）为：,结论：主轴有径向回转误差时，镗出的孔为椭圆形孔，圆度误差为径向圆跳动幅值A,为椭
9、圆参数方程,2）径向跳动对加工精度的影响, 车床加工孔时：原始误差 h = Acos，由于车刀刀尖到平均回转轴线Om的距离R为定值，则某时刻（主轴转过 角），a 点对应的 r 值r=Rh = RAcos， a 点坐标（Om为原点）为：,即：,即：略去A2，则为圆方程,结论：车削加工主轴径向回转误差对工件圆度影响很小,车削加工主轴作径向跳动时，对圆度影响的直观说明,车削加工主轴作径向跳动时，对圆度影响的直观说明：主轴轴心沿Y轴作简谐直线运动，在工件1处（主轴中心偏移最大处）切出的半径比2、4处切出的半径小一个幅值A；而在3处切出的半径比2、4处切出的半径大一个幅值A，则1、2、3、4各点的半径均
10、相等，所以，车出的工件表面近似一个真圆。,2）径向跳动对加工精度的影响,（2）若主轴几何轴线作偏心运动，则无论车或镗，都能得到一个半径等于刀尖到平均轴线距离的圆不产生圆度误差（3）一般精密车床的主轴径向圆跳动误差应控制在5m以内。,3）轴线倾角摆动对加工精度的影响,主轴几何轴线倾角摆动对加工精度的影响表现为两种情况 1）几何轴线相对于平均轴线在空间成一定锥角 的圆锥轨迹从各截面看相当于几何轴心绕平均轴心作偏心运动，而从轴向看各处偏心值不同） 2）几何轴线在某一平面内作角摆动从各截面看相当于实际轴线在一平面内作简谐直线运动：而从轴向看各处跳动幅值A不同,注意：主轴工作时其回转轴线的漂移运动总是上
11、述三种型式的误差运动的合成,3、影响主轴回转精度的因素,主轴的误差轴承的误差轴承的间隙与轴承配合零件的误差主轴系统的径向不等刚度和热变形等，,影响主轴回转运动误差的主要因素,对于不同类型的机床，其影响因素也各不相同。,1）轴承误差影响轴承误差主要指轴颈和轴承孔的圆度和波度 (1)主轴采用滑动轴承时 单油楔动压滑动轴承: 工件回转类机床（如车床、磨床等）：主要因素是主轴轴颈的圆度和波度，而轴承孔的形状误差影响较小 刀具回转类机床（如镗床等），主要因素是轴承孔的圆度和波度。,1）轴承误差的影响,轴颈为椭圆，主轴每回转一次轴线径向圆跳动两次,孔为椭圆，主轴每回转一次轴线径向圆跳动一次,1）轴承误差的
12、影响, 采用多油楔动压滑动轴承时： 主轴回转精度较高影响回转精度的主要是轴颈的圆度。 采用静压滑动轴承时：可得到较高的主轴回转精度,1）轴承误差的影响,(2)主轴采用滚动轴承时主轴系统受轴承内、外圈滚道的圆度误差和波度、滚动体尺寸误差、前后轴承内环孔偏心、滚道端面跳动、装配质量等影响 轴承内、外圈滚道的圆度误差和波度对回转精度的影响，类似单油楔动压滑动轴承（外圈滚道相当于轴承孔，内圈滚道相当于轴） 滚动轴承滚动体的尺寸误差引起主轴回转的径向圆跳动，周期是：主轴每回转两周，主轴轴线径向圆跳动一次 推力轴承滚道端面误差造成主轴的端面圆跳动误差 滚锥、向心推力轴承内外滚道的倾斜会造成主轴的端面圆跳动
13、、径向圆跳动和摆动,轴承间隙及其它因素的影响,2） 轴承间隙的影响间隙过大将增大主轴轴线漂移量 3） 与轴承配合零件误差的影响 与滚动轴承内外圈配合的轴颈和外壳孔，或与轴瓦配合的外壳孔的圆度误差，将使轴承内外圈或轴瓦产生圆度误差而造成主轴轴线的径向漂移 轴承轴向定位的端面（轴肩、过渡套轴承盖、螺母等有关端面）的平面度或与主轴回转轴线不垂直，将造成主轴回转轴线的径向和轴向漂移 4）主轴转速的影响主轴转速在某个范围内的回转精度较高，超过该范围误差增大 5）主轴系统的径向不等刚度和热变形,4提高主轴回转精度的措施,(1)提高主轴部件的制造精度,应提高轴承的回转精度,选用高精度的滚动轴承采用高精度的多
14、油楔动压轴承采用高精度的静压轴承,提高箱体支承孔、主轴轴颈的加工精度提高与轴承相配合表面的加工精度测量及调节相应件的径向跳动方位，使误差补偿或相抵消,应提高与轴承相配件的精度,(2)对滚动轴承进行预紧,可消除间隙增加轴承刚度均化滚动体的误差,(3)使主轴的回转精度不反映到工件上,对滚动轴承适当预紧,微量过盈可使轴承内、外圈和滚动体的弹性变形相互制约，这样既增加轴承刚度，又对滚动体的误差起均化作用，因而可提高主轴的回转精度。,鸡心夹头工作简图,（三）机床传动链的传动误差（自学）,（三）机床传动链的传动误差 （自学）1传动链精度分析 传动链传动误差传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差 传动链
15、中，末端元件转角误差为：,kj第j个传动件到末端件的传动比，也称误差传递系数；j第j个传动件的转角误差,若考虑到传动链中各传动元件的转角误差都是独立的随机变量，则传动链末端元件的总转角误差可用概率法进行估算：,传动链的传动误差,4减少传动链传动误差的措施 (1)传动件数少，传动链短，传动精度高。 (2) 采用降速传动（(i1)，是保证传动精度的重要原则。且越接近末端的传动副，其传动比应越小 (3)末端件精度应高于其它传动件 (4)采用校正装置,校正装置的实质是在原传动链中人为地加入一误差，其大小与传动链本身的误差相等而方向相反，从而使之相互抵消。,传动链精度以车螺纹为例,以车螺纹为例，说明传动
16、链精度对工件加工精度的影响：,如图所示：,对上式微分：,工件导程误差可表示为：,四、夹具的制造误差与磨损,四、夹具的制造误差与磨损 夹具的误差主要是指： 1) 定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等的制造误差。 2) 夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺寸误差。 3) 夹具在使用过程中工作表面的磨损,设计钻孔模具，要求保证下列要求，试分析并提出对夹具的形位和尺寸要求小孔的位置尺寸精度：小孔轴线相于对过大孔轴线和定位孔轴线的中心平面的对称度：小孔轴线相对底平面的的平行度：,精加工用夹具误差可取工件相应尺寸或位置公差的1/21/3，粗加工用夹具误差则可取为1/51/10.,夹具误差对加工表
17、面的位置误差影响最大。设计夹具时，凡影响工件精度的尺寸应严格控制其制造误差,五、刀具的制造误差与磨损,五、刀具的制造误差与磨损1、刀具误差对加工精度的影响，根据刀具的种类不同而异。,刀具尺寸磨损达急剧磨损阶段前就必须重新磨刀,2、刀具磨损的三个阶段,1) 定尺寸刀具（如钻头、铰刀、键槽铣刀、镗刀块及圆拉刀等）的尺寸精度直接影响工件的尺寸精度。2）成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等）的形状精度将直接影响工件的形状精度。3) 展成刀具（如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀等）的刀刃形状误差会影响加工表面的形状精度。4) 一般刀具（如车刀、镗 刀、铣刀），其制造精度对加工精度无直接影响，但刀具容易磨
18、损。,刀具磨损将引起工件尺寸和形状误差,工艺系统受力变形对加工的影响导读,明确工艺系统的刚度包括哪几部分的刚度,怎样计算切削力作用点位置变化怎样影响加工 如果仅考虑机床变形(工件刚度很好),工件将产生怎样的加工误差? 如果仅考虑工件变形(机床刚度很好),工件将产生怎样的加工误差?切削力大小变化怎样影响加工 哪些因素会引起切削力大小的变化? 可采取哪些措施减小误差复映现象提高加工精度?夹紧力和重力会引起怎样的加工误差?怎样减少它们的影响?,习题,P95 2-3 2-4 2-6 2-11,3-3 工艺系统的受力变形对加工精度的影响一、基本概念,第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响,一、基本概
19、念 1、工艺系统受力变形影响工件加工精度和加工表面质量工艺系统在切削加工中受力变形 使已调整好的刀具和工件的相互位置发生变化，或产生振动造成加工误差或降低表面质量 2、工艺系统的受力变形限制加工生产率的提高 3、工艺系统刚度工件加工表面在切削力法向分力（误差敏感方向分力）Fy的作用下，刀具相对工件在该方向上位移y的比值。,Fy切削力在加工表面上的法向分力y 刀具相对工件在该方向上的位移（Fx、Fy、Fz同时作用的结果）,二、工艺系统刚度的计算,二工艺系统刚度的计算 1、工艺系统在某处的法向总变形 = 系统各环节在同一处的法向变形的叠加,yjc机床的变形； yd刀具的变形；yjj夹具的变形； y
20、g工件的变形,kjc机床刚度； Kd刀具刚度Kjj夹具刚度 kg及工件刚度,2、工艺系统的刚度,3、工件、刀具的形状比较简单时，刚度和变形用材料力学中的有关公式求得： 1）夹在卡盘中的棒料以及压紧在车床方刀架上的车刀：,2）支承在两顶尖间加工的棒料：,4、由多个零件组成的机床部件及夹具，其刚度多采用实验的方法测定5、计算工艺系统刚度时，应针对具体情况加以简化,三、工艺系统刚度对加工精度的影响（一）切削力作用点位置引起的加工误差,三、工艺系统刚度对加工精度的影响(一）切削力作用点位置引起的工艺系统变形对加工精度的影响以在车床顶尖间加工光轴为例:1 考虑机床变形 假设（1）只考虑机床的变形，工件和
21、刀具刚度好，变形可以忽略不计； （2）车刀进给过程中切削力保持不变,在x位置时，机床的总变形为:,（一）切削力作用点位置引起的加工误差,结论：1、工艺系统的变形量y随切削力作用点位置 x 的变化而变化2、机床受力变形使加工工件呈两端粗、中间细的鞍形 产生圆柱度误差,Fy车刀径向力Kt主轴箱的刚度j， Kwz尾座的刚度 Kdj刀架的刚度，,（一）切削力作用点位置引起的加工误差,2 工件的变形 假设：工件刚性差，只考虑工件的变形，不考虑机床和刀具的变形,则可材料力学公式计算工件在切削点的变形量,结论：由于工件变形而使加工后的工件呈鼓形,（一）切削力作用点位置引起的加工误差,小结： 1、工艺系统的总
22、变形和刚度随切削力作用点位置而变化，因而使工件产生形状误差 2、测得车床主轴箱、尾座、刀架三部件刚度，确定了工件的材料和尺寸，即可按x值估算车圆轴时工艺系统的刚度 3、根据刀具切削角度、切削条件和切削用量，计算切削力Fy后，即可计算不同x处工件半径的变化 4、其它机床（如立式车床、龙门刨床、龙门铣床的横梁及刀架、大型镗铣床滑枕内的主轴等），其刚度随刀架位置或滑枕伸出长度不同而异，可参照车床分析方法进行,3 工艺系统的总变形,（二）切削力大小引起的加工误差,2、切削力大小变化引起的加工误差 以车削圆形工件为例1）假设工艺系统刚度变化不大近似为常数2）加工中切削力变化工艺系统变形变化产生形状误差（
23、圆度误差）3）误差复映：由于毛坯的形状误差切削深度变化工艺系统切削力变化 工艺系统变形发生变化 被加工件产生与毛坯同样的形状误差的现象4）误差复映系数： 若：毛坯圆度误差map1ap2； 加工工件产生的圆度误差 gy1y2 则: g/m C/k 1只说明该工序的工序能力足够，加工中是否会出废品，还要看调整得是否正确 4、用点图分析时：工艺过程稳定性与出不出废品是两个不同的概念 5、客观存在的工艺过程与人为规定的零件公差之间如何正确地匹配，是工序能力系数的选择问题。,作业,P96 2-16 2-17 (第一版: P227 3-16 3-17),四、机床调整尺寸,例题,假设工件的刚度极大，且车床头、尾架刚度K头K尾，试分析下列三种加工情况下，加工表面会产生何种形状误差？A) 加工外圆面将产生左小右大的圆柱度误差B）端面形状根据工件在切削力作用下的偏转和刀架偏转的相对角度变化而不同，形成内凹或者外凸端面，也可能没有平面度误差C）工件的偏转角度随位置不同而不同，由此造成工件加工成鞍形，产生圆柱度误差,
