机械制造技术基础第18讲(2015).ppt

1、例题 按下图定位方式在直径为 mm的工件上铣平面，保证工序尺寸 mm，已知工件左,侧平面尺寸为 mm，定位斜面角度 。 试分析计算此定位方案的定位误差。,第二节 影响机械加工精度的因素,一、工艺系统的几何误差 二、装夹误差 （一）定位误差 1. 定位误差的概念 2. 定位误差的分析计算,（二）夹紧误差 工件或夹具刚度过低或夹紧力作用方向、作用点选择不当，都会使工件或夹具产生变形，造成加工误差。,图4-11 夹紧误差示例,开口薄壁过渡环,三、工艺系统受力变形引起的误差 （一） 工艺系统刚度 1. 工艺系统刚度 机械加工中，工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、惯性力和重力等的作用下，将产生相应的弹性

2、变形，使工件产生加工误差。工艺系统在外力作用下产生弹性变形的大小，不仅取决于作用力的大小，还取决于工艺系统的刚度。,平行于基面并与机床主轴中心线相垂直的径向切削分力Fy与工艺系统在该方向上的变形 y 的比值，称为工艺系统刚度 k系 （N/mm），即 ( 4 9 ) 式中 ，其中 、 、 为在Fy、Fc、Fx各切削分力的分别作用下工艺系统在 y 方向产生的变形量。,与 有可能和 同向，也有可能和 反向，所以就有可能出现 y 0、y = 0和 y 0三种情况。从物理概念分析，工艺系统刚度不可能出现负数或趋于无穷大的情况。 由于单独测量 、 、 非常困难，而测量总变形 却比较容易。,图4 21为一个

3、按工艺系统刚度定义计算可能会出现负刚度情况的实例。,图4-21 负刚度现象,在该例中，如果 ，就将出现y0的负刚度情况，此时车刀刀尖将扎入工件。,负刚度现象对加工精度不利，应尽量避免。,工艺系统在某一位置受力作用产生的变形量应为工艺系统各组成环节在此位置受该力作用产生的变形量的代数和，即 （4-10）,根据刚度定义知 y机床 =Fy /k机床， y刀具 =Fy /k刀具， y夹具 =Fy /k夹具， y工件 =Fy /k工件 。,（4-10）,根据刚度定义知 y机床 =Fy /k机床， y刀具 =Fy /k刀具， y夹具 =Fy /k夹具， y工件 =Fy /k工件 。 将它们代入式（4 10

4、）得 （411）,（411） 由式（4 11）知，工艺系统刚度的倒数等于系统各组成环节刚度的倒数之和。 若已知各组成环节的刚度，即可由式（4 11）求得工艺系统刚度。 工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度。,2. 机床刚度 机床结构较为复杂，它由许多零、部件组成，其刚度值迄今尚无合适的简易计算方法，目前主要还是用实验方法进行测定。 图 4 22 为采用静测定法测定机床刚度的示意图。,图4-22 车床部件静刚度的测定,刚性心轴,螺旋加力器,方刀架,测力环,由此可求得主轴箱、尾座和刀架部件的刚度分别为：,测定机床部件刚度k主轴、k尾座、k刀架之后，就可以通过计算求得机床刚度。,当刀架处于图422所

5、示位置时，工艺系统的变形量为,由刚度定义，上式可写为,图4-22 车床部件静刚度的测定,在机床刚度测量装置中，k夹具、k工件、k刀具相对较大，由式（411）知， ，代入下式,即可求得刀架处于图4-22所示中间位置时机床刚度与各组成部件的刚度的关系式为,由上述公式可知，机床刚度取决于其组成部件的刚度，并主要取决于薄弱部件的刚度，所以，若要提高机床刚度则应首先提高弱小刚度部件的刚度。 3. 机床部件刚度 图423是一台车床刀架部件的实测刚度曲线图，曲线列出了三次加载、卸载过程中的变形情况。,图4-23 车床刀架部件的刚度曲线,1）变形与载荷不成线性关系，说明机床部件的变形不纯粹是弹性变形。,分析上

6、图所示刀架刚度试验曲线可知，机床部件刚度具有以下特点：,2）卸载曲线不重合且滞后于加载曲线，说明在加载和卸载循环过程中有能量消耗。,3）多次加载、卸载后，加载曲线起点才与卸载曲线终点重合，说明有残余变形存在，且残余变形随着加、卸载次数的增加而减小。,4）部件实测刚度远比按实体结构估算值小。,相当于一个截面积为30mm30mm、悬伸长度为 200mm的铸铁悬臂梁的刚度,4. 影响机床部件刚度的主要因素 （1）连接表面间的接触变形 由于零件表面存在宏观几何形状误差和微观几何形状误差，结合面的实际接触面积只是名义接触面积的一小部分。 在外力的作用下，接触面上承受的应力很大，产生接触变形。,（2）摩擦

7、力的影响 机床部件在经过多次加载和卸载之后，卸载曲线才回到加载曲线的起点，残留变形不再产生，但此时加载曲线与卸载曲线仍不重合。 其原因是机床部件受力变形过程中有摩擦力的作用，加载时摩擦力阻止变形的增加，而卸载时摩擦力则阻止变形的恢复。,（3）薄弱零件本身的变形 机床部件中，个别薄弱零件会使机床部件产生较大的变形。,图4-25 机床部件刚度的薄弱环节,（4）间隙的影响,图4-26 间隙对机床部件刚度的影响,如果在正反两个方向对刚装配好的一台机床部件加载，即可得到如图4-26 所示的曲线。,正向加载的残留变形,原始间隙,机床部件的间隙,反向加载的残留变形,（二）工艺系统刚度对加工精度的影响 1.

8、加工过程中由于工艺系统刚度发生变化引起的误差 以在车床前后顶尖上车削光轴工件为例说明。假设工件和刀具的刚度相对较大，其变形可忽略不计，工艺系统的变形主要取决于机床的变形。,图4-27 车削外圆时工艺系统受力变形,设作用在主轴箱和尾座上的径向力分别为F主轴、F尾架，不难求得： 则有,(412),分析上式可知，即使切削力Fy保持恒定不变，在车削过程中工艺系统的变形y系也随刀架（车刀）位置 x 变化而改变，其结果将使工件产生加工误差。,(412),由式（4-12）可求得工艺系统最小变形和最大变形分别为：,（4-13）,在图427所示车削条件下，由于工艺系统刚度随刀架位置变化产生的加工误差为,y,注意

9、：上述公式是在假设工件、刀具和夹具的刚度都很大的情况下得到的。如果工件的刚度较小时，工件本身的变形在工艺系统的总变形中就不能忽略不计，此时,（415）,2. 由于切削力变动引起的加工误差 加工过程中，由于毛坯加工余量发生变化或工件材质不均等因素引起切削力的变化，会使工艺系统的变形发生变化，,图4-28 毛坯形状误差的复映,从而产生加工误差。 图428所示为车削一具有椭圆形状误差的毛坯。,待加工表面上有什么样的误差，已加工表面上必然也有同样性质的误差，这就是切削加工中的误差复映现象。,待加工表面,理想的已加工表面,实际的已加工表面,加工后与加工前的误差之比值 ，称为误差复映系数，它代表误差复映的

10、程度。即,（416）,如进给运动方向与机床主轴平行，则,在一次走刀中，工件材料的力学特性、进给量及其它切削条件基本不变，令 ，在车削加工中，xFp1， 故,（417）,经整理,分析式 可知， 与k系成反比。这表明工艺系统刚度愈大，误差复映系数愈小，加工后复映到工件上的误差值就愈小。 尺寸误差和形位误差都存在复映现象。如果我们知道某加工工序的复映系数，就可以通过测量待加工表面的误差统计值来估算加工后工件的误差统计值。,当工件表面加工精度要求高时，须经多次切削才能达到加工要求。 第一次切削的复映系数为 第二次切削的复映系数为 第三次切削的复映系数为 ,则该加工表面总的复映系数,因每个复映系数均小于

11、1，故总的误差复映系数将是一个很小的数值。 综上所述可知：走刀次数（或工序数）愈多，总误差复映系数愈小，零件的形状精度愈高。,（4-18）,但走刀次数的增多会使切削时间增加，导致生产效率降低和加工成本上升。 可根据零件所要求的形状精度和毛坯的实际情况来选择工艺系统刚度及走刀次数，也可以根据现有工艺系统刚度及走刀次数，来计算工件可能达到的形状精度。,进给量,（三） 减小工艺系统受力变形的途径 由工艺系统刚度表达式 k系= Fy / y可知，减少工艺系统变形的有效途径为：提高工艺系统刚度；减小切削力及其变化。 1. 提高工艺系统刚度 提高工艺系统刚度应从提高其各组成部分薄弱环节的刚度入手，这样才能取得事半功倍的效果。,提高工艺系统刚度的主要途径： （1） 设计机械制造装备时应切实保证关键零部件的刚度 （2）提高接触刚度 （3）消除配合间隙 （4）采用合理的装夹方式和加工方法,图4-29 零件的两种安装方法,2. 减小切削力及其变化 改善毛坯制造工艺，减小加工余量，适当增大刀具的前角和后角，改善工件材料的切削性能等均可减小切削力。 为控制和减小切削力的变化幅度，应尽量使一批工件的材料性能和加工余量保持均匀。,