1、机械制造工艺与机床夹具机械制造工艺与机床夹具第第2 2版版刘守勇刘守勇 主编主编机械工业出版社机械工业出版社序序 本书突出了基本概念，注重实际应用，是根据全国职工高教学会推荐的大纲编写的。 本书包括机械加工工艺规程的制订、机械加工精度、机械加工的表面质量、机床夹具设计基础、机床专用夹具及其设计方法、典型零件加工、特种加工工艺、计算机辅助工艺设计与现代制造技术及装配工艺基础共九章。机械制造工艺与机床夹具机械制造工艺与机床夹具第一章第一章 机械加工工艺规程的制订机械加工工艺规程的制订第一节第一节 基本概念基本概念第二节第二节 机械加工工艺规程概述机械加工工艺规程概述第三节第三节 零件图的分析零件图
2、的分析第四节第四节 毛坯的选择毛坯的选择第五节第五节 定位基准的选择定位基准的选择第六节第六节 工艺路线的拟定工艺路线的拟定第七节第七节 加工余量的确定加工余量的确定第八节第八节 工序尺寸及其公差的确定工序尺寸及其公差的确定第九节第九节 机械加工生产率和技术经济分析机械加工生产率和技术经济分析第一节第一节 基本概念基本概念一、生产过程和工艺过程包括原材料和成品的运输与保管；生产技术准备工作；毛坯的制造；零件的机械加工、热处理和其它表面处理；产品的装配、调试、检验、油漆和包装等。生产过程生产过程是指将原材料转变为成品的所有劳动过程。在生产过程中，毛坯的制造、零件的机械加工与热处理、产品的装配等工
3、作直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品，这一过程称为工艺过程工艺过程。 采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量使其成为零件的过程，称为机械加工工艺过程。机械加工工艺过程。二、工艺过程的组成工序一个或一组工人在一个工作地点或一台机床上，对同一个或几个零件进行加工所连续完成的那部分工艺过程称为工序工序。 在零件的加工过程中，有一些工作并不改变零件的形状、尺寸和表面质量，但却影响工艺过程的完成。一般称完成这些工作的工序为辅助工序。安装 工件在加工前，先要把工件位置放准，确定工件在机床或夹具中占有正确位置的过程称为定位。 工件定位后将其固定住，使其在加工
4、过程中的位置保持不变的操作称为夹紧。工件在加工时应尽量减少安装次数，以减少安装工作的时间，避免产生更大的误差。 将工件在机床上或夹具中定位后加以夹紧的过程称为安装安装。工位 采用多工位加工法既减少了安装次数，又可同时进行作业，可以提高加工精度和生产率。工件在机床上所占据的位置称为工位工位。工步 一个工序含有一个或几个工步。 为提高生产率，采用多刀同时加工一个零件的几个表面时，也看作一个工步，并称为复合工步。 那些连续进行的若干相同的工步，通常也看作一个工步。在加工表面不变、加工工具不变、切削用量中的进给量和切削速度不变的情况下所完成的那部分工序内容，称为工步工步。走刀 走刀是构成工艺过程的最小
5、单元。 在一个工步内，若被加工表面需切除的余量较大，一次切削无法完成，则可分几次切削，每一次切削就称为一次走刀走刀。三、生产纲领与生产类型及其工艺特征 生产纲领：企业在计划期内应生产的产品产量。零件的生产纲领是指包括备品和废品在内的年产量，可按下式计算：式中，N零件的生产纲领（件/年） Q产品的生产纲领（台/年） n每台产品中含该零件的数量（件/台） a%零件备品率； b%零件废品率。%)1%)(1 (baQnN 生产类型：企业生产专业化程度的分类。根据生产纲领和产品的大小，可分为 单件生产单件生产：单个生产，很少重复或不重复的生产类型大量生产大量生产：产品数量很大，大多数工作地点重复进行成批
6、生产成批生产：一年中分批轮流地制造，工作地点周期重复生产纲领决定一生产类型，产品大小也对生产类型有影响。 工艺特征：不同的生产类型具有不同的工艺特点。 四、获得加工精度的方法获得尺寸精度的方法试切法：通过试切出一小段测量调刀再试切，反复进行，直到达到规定尺寸再进行加工的一种加工方法。调整法：先调整好刀具的位置，然后以不变的位置加工一批零件的方法。定尺寸刀具法：通过刀具的尺寸来保证加工表面的尺寸精度。自动控制法：通过自动测量和数字控制装置，在达到尺寸精度时自动停止加工的尺寸控制方法。获得形状精度的方法刀尖轨迹法：通过刀尖的运动轨迹来获得形状精度的方法。仿形法：刀具按照仿形装置进给对工件进行加工的
7、方法。成形法：利用成形刀具对工件进行加工获得形状精度的方法。展成法：利用刀具和工件作展成切削运动形成包络面，从而获得形状精度 的方法。获得位置精度的方法直接找正安装：用划针、百分表等工具直接找正工件位置并加以夹紧的方法。按划线找正安装：先用划针画出要加工表面的位置，再按划线用划针找正工件在机床上的位置并加以夹紧。用夹具安装：将工件直接安装在夹具的定位元件上的方法。第二节第二节 机械加工工艺规程概述机械加工工艺规程概述 用表格的形式将机械加工工艺过程的内容书写出来，成为指导性技术文件，就是机械加工工艺规程。其内容包括：一、工艺规程的作用 是指导生产的主要技术文件 是组织和管理生产的基本依据 是新
8、建和扩建工厂的基本资料零件加工工序内容、切削用量、工时定额、各工序所采用的设备和工艺装备二、工艺规程的格式机械加工工艺过程卡机械加工工艺卡机械加工工序卡三、制订工艺规程的原则 工艺规程是直接指导生产和操作的重要文件，在编制时还应做到正确、完整、统一和清晰。所用术语、符号、计量单位和编号都要符合标准。所制订的工艺规程，能在一定的生产条件下，以最快的速度、最少的劳动量和最低的费用，可靠地加工出符合要求的零件。同时还应在充分利用本企业现有生产条件的基础上，尽可能采用国内外先进工艺技术和经验，并保证有良好的劳动条件。四、制订工艺规程的原结资料产品的全套装配图和零价的工作图；产品验收的质量标准；产品的生
9、产纲领；产品零件毛坯生产条件及毛坯图等资料；工厂现有生产条件；国内外新技术新工艺及其发展前景；有关的工艺手册及图册。五、制订工艺规程的步骤分析零件图和产品装配图；选择毛坯；选择定位基准；拟定工艺路线；确定加工余量和工序尺寸；确定切削用量和工时定额；确定各工序的设备、刀夹量具和辅助工具；确定各工序的技术要求及检验方法；填写工艺文件。第三节第三节 零件图的分析零件图的分析一、检查零件图书的完整性和正确性二、零件的技术要求分析 加工表面的尺寸精度； 主要加工表面的形状精度； 主要加工表面之间的相互位置精度； 加工表面的粗糙以及表面质量方面的其它要求； 热处理要求； 其它要求（如动平衡、未注圆角或倒角
10、等）三、零件的结构工艺性分析 （见下图）第四节第四节 毛坯的选择毛坯的选择一、毛坯的种类铸件：适用于形状较复杂的零件毛坯。铸造方法有砂型铸造、精密铸 造、金属型铸造、压力铸造等。锻件：适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。锻造方法有自 由锻和模锻两种。型材：有热轧（尺寸大、精度低）和冷拉（尺寸小、精度高）两种。焊接件：根据需要将型材或钢板焊接而成的毛坯件。冷冲压件：可以非常接近成品要求，但模具昂贵。二、毛坯选择时应考虑的因素零件的材料及机械性能要求。零件的结构形状与大小。生产纲领的大小。现有生产条件。充分利用新工艺、新材料。三、毛坯的形状与尺寸的确定为加工时安装工件的方便，有些铸件毛坯需铸
11、出工艺搭子。装配后需形成同一工作表面的两个相关零件，为保证加工质量并使加工方便，常将分离零件先做成一个整体毛坯，加工到一定阶段再切割分离。对于形状比较规则的小型零件，为了提高机械加工的生产率和便于安装，应将多件合成一个毛坯，当加工到一定阶段后，再分离成单件。第五节第五节 定位基准的选择定位基准的选择一、基准的概念及其分类设计基准：零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准。它是标注设计尺寸的起点。零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面工艺基准：在零件加工、测量和装配过程中所使用的基准。按用途分为：定位基准在加工时，用以确定零件
12、在机床夹具中的正确位置所采用的基准。又分为精基准和粗基准。工序基准在工艺文件上用以标定被加工表面位置的基准。测量基准零件检验时，用以测量已加工表面尺寸及位置的基准。装配基准装配时用以确定零件在机器中位置的基准。基准在工作上并不一定具体存在。二、定位基准的选择精基准的选择原则（考虑加工精度和工件安装）。基准重合原则即选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。 为保证尺寸c的精度(Tc)要求，应使：cajTT 如下图，此时尺寸a的误差对加工尺寸c无影响，加工误差只需满足：显然这种基准重合的情况能使工序允许出现的误差加大，使加工更容易达到精度要求，经济性更好。c
13、jT基准统一原则应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面。自为基准原则某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准。互为基准原则当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。粗基准的选择原则（保证足够余量，尽快获得精基面）。 如果主要要求保证工件上某重要表面的加工余量均匀，则应选该表面为粗基准。 若主要要求保证加工面与不加 工面间的位置要求，则应选不加工面 为粗基准。 作为粗基准的表面，应尽量平整光洁，有一定面积，以使工件定位可靠、夹紧方便。 粗基
14、准在同一尺寸方向上只能使用一次。第六节第六节 工艺路线的拟定工艺路线的拟定一、表面加工方法的选择工件材料的性质工件的结构和尺寸生产类型具体生产条件特殊要求为零件上每一个有质量要求的表面选择一套合理的加工方法为零件上每一个有质量要求的表面选择一套合理的加工方法 任何一种加工方法可以获得的精度和表面粗糙度值均有一个较大的范任何一种加工方法可以获得的精度和表面粗糙度值均有一个较大的范围。只有一定的精度范围内才是经济的。围。只有一定的精度范围内才是经济的。二、加工顺序的安排切削工序的安排原则先精后精 在一个零件的所有表面的加工中，一般包括粗加工阶段切除各表面上大部分余量半精加工阶段完成次要表面的加工精
15、加工阶段保证各主要表面达到图样要求光整加工阶段处理表面粗糙度要求很细和尺寸精度要求很高的表面利于保证加工重量便于合理使用设备便于安排热处理工序和检验工序便于及时发现毛坯缺陷，避免损伤已加工面先主后次 零件的加工应先安排加工主要表面，后加工次要表面。先面后孔 零件上的平面必须先进行加工，然后再加工孔。基面先行 用作精基准的表面要首先加工出来。热处理工序的安排原则 热处理可以提高材料的力学性能，改善金属的切削性能及消除残余应力。预备热处理正火、退火时效处理调质最终热处理 常用的有：淬火、渗碳淬火、渗氮等。辅助工序的安排 检验工序是主要的辅助工序，其它还有：表面强化和去毛刺、倒棱、清洗、防锈等。三、
16、工序的集中与分散工序集中 就是指每道工序加工内容很多，工艺路线短。 可以采用高效机床和工艺装备，生产率高。 减少了设备数量以及操作工人和占地面积、节省人力、物力。 减少了工件安装次数，利于保证表面间的位置精度。 采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准备工作量大。工序分散 就是指每道工序的加工内容很少，甚至一道工序只含一个工步，工艺路线很长。 设备和工艺装备比较简单，便于调整，容易适应产品的变换。 对工人的技术要求较低。 可以采用最合理的切削用量，减少机动时间。 所需设备和工艺装备的数目多，操作工人多，占地面积大。 集中或分散主要取决于生产规模、零件的结构特点和技术要求，还要考虑各工序生
17、产节拍的一致性。第七节第七节 加工余量的确定加工余量的确定一、加工余量的基本概念加工余量可分为工序余量和总余量。工序余量指某一表面在一道工序 中被切除的金属层厚度。工序余量的计算对于外表面 对于内表面 加工时从加工表面上切去的金属层厚度。baZabZ式中，Z本工序的工序余量； a前工序的工序余量； b本工序的工序尺寸。 上述加工余量均是非对称的单边余量，旋转表面的加工余量是对称的双边余量。对于轴对于孔式中，Z直径上的加工余量； da前工序加工直径； db本工序加工直径。baddZabddZ工序基本余量、最大余量、最小余量及余量公差 当尺寸a、b均等于工序基本尺寸时，基本余量为则最小余量而最大余
18、量 baZmaxminminbaZ当工序尺寸用基本尺寸计算时，所得当工序尺寸用基本尺寸计算时，所得的加工余量称为基准余量或公称余量的加工余量称为基准余量或公称余量minmaxmaxbaZ工序余量和工序尺寸公差的关系式如下：式中，Ta前工序的工序尺寸公差； Tb本工序的工序尺寸公差。 余量公差是加工余量的变动范围，其值为式中，Tz本工序余量公差。 所以，余量公差等于前工序与本工序的工序尺寸公差之和。aTZZminbazTTbbaaZZT)()(minmaxminmaxminmaxbabTTZTZZminmax总加工余量指零件从毛坯变为成品时从某一表面所切除的金属层总厚度。其值等于某一表面的毛坯尺
19、寸与零件设计尺寸之差，也等于该表面各工序余量之和，即 niiZZ1总二、影响加工余量的因素上工序的表面质量前工序的工序尺寸公差前工序的位置误差本工序工件的安装误差所以本工序的加工余量必须满足下式： 用于对称余量时： 用于单边余量时：)(aaSH 和)(aT)(a)(baaaaaTSHZ2)(2aaaaaTSHZ三、加工余量的确定经验估计法根据工艺人员的经验来确定加工余量。查表修正法根据有关手册，查得加工余量的数值，然后根据实际情况进行适当修正。分析计算法对影响加工余量的各种因素进行分析，然后根据一定的计算关系来计算加工余量的方法。 在确定加工余量时，要分别确定加工总余量（毛坯余量）和工序余量。
20、第八节第八节 工序尺寸及其公差的确定工序尺寸及其公差的确定一、基准重合时，工序尺寸及其公差的计算 当工序基准、定位基准或测量基准与设计基准重合，表面多次加工时，工序尺寸及公差的计算是比较容易的。其计算顺序是由最后一道工序向前推算。定毛坯总余量和工序余量。定工序公差。求工序基本尺寸。标注工序尺寸公差。二、其准不重合时，工序尺寸及其公差的计算 当零件加工时，多次转换工艺基准，引起测量基准、定位基准工序与设计基准不重合，这时，需要利用工艺尺寸链原理来进行工序尺寸及其公差的计算。工艺尺寸链的基本概念工艺尺寸链由一系列相互联系的尺寸所形成的尺寸封闭图形。 通过对上图的分析可以知道，工艺尺寸链的主要特征是
21、：封闭性尺寸链中各个尺寸的排列呈封闭形式，关联性任何一个直接保证的尺寸及其精度的变化，必将 影响间接保证的尺寸和其精度。工艺尺寸链的组成组成工艺尺寸链的每一个尺寸称为环。环又分为：封闭环在加工过程中间接获得、最后保证的尺寸，组成环除封闭尺寸以外的其它环。分为增环（封闭环随 其增加而增加）和减环(封闭环随其增加而减小)工艺尺寸链的建立 利用工艺尺寸链进行工序尺寸及其公差的计算，关键在于正确找出尺寸链，正确区分增、减环和封闭环，其步骤为： 封闭环的确定 组成环的查找 区分增减环 注意：所建立的尺寸链必须使组成环数最少，这样能更容易满足封闭环的精度或者使各组成环的加工更容易、更经济。工艺尺寸链计算的
22、基本公式极值法 封闭环的基本尺寸计算封闭环的基本尺寸等于所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸之和，即式中，m增环的环数； n包括封闭环在内的总环数。111nmjjmiiAAA 封闭环极限尺寸的计算封闭环的最大极限尺寸等于所有增环的最大极限尺寸之和减去所有减环的最小极限尺寸之和，即 封闭环的最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸之和减去所有减环的最大极限尺寸之和，即11min1maxmaxnmjjmiiAAA11max1minminnmjjmiiAAA 封闭环上下偏差的计算封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和，即 封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减
23、环的上偏差之和，即式中， 增环和减环的上偏差 增环和减环的下偏差111)()()(nmjjxmiissABABAB111)()()(nmjjsmiixxABABAB)()()()(jxixjsisA、BABA、BAB 封闭环的公差计算封闭环的公差等于所有组成环公差之和，即式中，T(Ai)第i个组成环的公差值。 封闭环平均尺寸和平均偏差的计算封闭环的平均尺寸等于所有增环的平均尺寸之和减去所有减环的平均尺寸之和，即 封闭环的平均偏差等于所有增环的平均偏差之和减去所有减环的平均偏差之和，即11)()(niiATAT111)()()(nmjiMmiiMMABABAB111nmjiMmiiMMAAA概率
24、法 当工艺尺寸链的环数较多、且为大批量生产时，应该按概率法计算，其公差什的计算公式为式中， 封闭环的公差值； 第i个组成环的公差值； 平均分配系数。 在保证封闭环精度不变的前提下，应用概率法可以使组成环公差放大，从而减低了加工时对工艺尺寸的精度要求，降低了加工难度和加工成本。112miimTKTTiTmK尺寸链的计算形式正计算已知各组成环尺寸，求封闭环尺寸，其计算结果是唯一的。反计算已知封闭环求各组成环。中间计算已知封闭环和部分组成环，求某一组成环。二、工艺尺寸链的分析和解算测量基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算 在零件加工时，会遇到一些表面加工之后设计尺寸不便直接测量的情况，因此需要在零件
25、上另选一个易于测量的表面作测量基准进行测量，以间接检验设计尺寸。 带来的问题是： 提高了组成环尺寸的测量精度要求和加工精度要求 假废品问题定位基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算 零件调整法加工时，如果加工表面的定位基准与设计基准不重合，就要进行尺寸换算，重新标注工序尺寸。 也需要提高本工序的加工精度，使加工更加困难，同时也会出现假废品的问题。 措施是：减小其它组成环的公差。改变定位基准或加工方式。从尚需继续加工的表面上标注的工序尺寸计算保证渗氮、渗碳层深度的工艺计算靠火花磨削时的工序尺寸计算靠火花磨削能保证磨去最小余量，生产率较高。在尺寸链中，磨削余量是直接控制的，为组成环，而保证的设计尺寸
26、为 封闭环。由于靠磨的余量值存在公差，因而靠磨后尺寸的误差要比靠磨前相应尺 寸的误差增大一个余量公差值。工序尺寸的图算法 针对零件加工工序较多，工艺基准又与设计基准不重合，且各工序的工艺基准多次转换的情况，可采用此法来进行各工序尺寸的计算。第九节第九节 机械加工生产率和技术经济分析机械加工生产率和技术经济分析一、机械加工生产率分析时间定额：在一定的生产条件下制订出来的完成单件产品或某项工作所 必须消耗的时间。基本时间（T基本）指直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置与表 面质量等所耗费的时间劳动生产率是指工人在单位时间内制造的合格品数量，或者指制造单件产品所耗的劳动时间。paZvfLLLDin
27、fLLLT1000)(2121基本辅助时间（T辅助）指在每个工序中，为保证完成基本工艺工作所用 于辅助动作而耗费的时间。辅助动作主要有：装卸工件开停机床改变切削用量试切和测量零件尺寸 基本时间和辅助时间的总和称为操作时间(T操作)工作地点服务时间（T服务）指工人在工作时为照管工作地点及保持 正常工作状态所耗费的时间。休息和自然需要时间（T休息）指工人在工作时间内为恢复体力和满 足生理需要所消耗的时间。上述时间 的总和称为单件时间，即准备终结时间（T准终）指当加工一批工件的开始和终了时，所做的 准备工作和结束工作而耗费的时间。休息服务辅助基本单件TTTTT 对一批零件，时间分摊到每个零件上，所以
28、批量生产时单件时间定额为上述时间之和。即 在大量生产时，每个工作地点完成固定的一道工序，一般不需要考虑准备终结时间，所以，其单件时间定额为NTTTTTT/准终休息服务辅助基本定额休息服务辅助基本定额TTTTT提高机械加工生产率的工艺措施缩减时间定额缩减基本时间 提高切削用量n、f、ap 减小切削长度 多件加工缩减辅助时间 采用先进高效夹具 采用多工位连续加工 采用主动检验或数字显示自动测量装置 采用两个相同夹具交替工作的方法缩减工作地点服务时间缩减准备终结时间采用先进工艺方法采用选进的毛坯制造方法采用少、无切屑新工艺采用特种加工改进加工方法二、工艺过程的技术经济分析 所谓经济性好就是指在机械加
29、工中能用最低的成本制造出合格的产品。生产成本和工艺成本 制造一个零件（或产品）所耗费的费用总和叫生产成本。分为与工艺过程有关的工艺成本和与工艺过程无关的开支。工艺成本的组成可变费用V V与零件年产量直接有关，并与之成正比变化的费用。不变费用S S与零件年产量无直接关系，不随着年产量的变化而变化的费用。工艺成本的计算 零件加工全年工艺成本可按下式计算E=VN+SE=VN+S （元/年）式中，E一种零件全年的工艺成本（元/年） V可变费用（元/件） N零件年产量（件/年） S不变费用（元/年） 每个零件的工艺成本可按下式计算 （元/年）式中，Ed单件工艺成本（元/件）NSVEEd单件年工艺成本与年
30、产量的关系如左图年工艺成本与年产量的关系如左图单件工艺成本与年产量是双曲线的关系如右图单件工艺成本与年产量是双曲线的关系如右图不同工艺方案的经济性比较如果两种工艺方案基本投资相近如两方案只有少数工序不同，可比其单件工艺成本则E单件值小的方案经济性好。NSVEIINSVEIdd222111方案方案当两种工艺方案有较多工序不同时，应比较其全年工艺成本，即则E值小的方案经济性好。 可见各方案的经济性与年产量有关，当两方案的工艺成本相同时的年产量称为临界年产量， 若NNK，宜采用方案I222111SNVEIISNVEI方案方案2211SVNSVNKK2112VVSSNK如果两种工艺方案的基本投资相差较
31、大 此时需要考虑投资差额的回收期限（年），其值可通过下式计算式中，K基本投资差额（元） E全年工艺成本差额（元/年） 至少应满足以下要求：小于所采用的设备的使用年限；小于生产产品的更新换代年限；小于国家所规定的年限。EKEEKK1221机械制造工艺与机床夹具机械制造工艺与机床夹具第二章第二章 机械加工精度机械加工精度第一节第一节 概述概述第二节第二节 影响加工精度的因素及其分析影响加工精度的因素及其分析第三节第三节 加工误差的综合分析加工误差的综合分析第四节第四节 提高加工精度的工艺措施提高加工精度的工艺措施第一节第一节 概述概述 机械加工精度（简称加工精度）是指零件在机械加工后的几何参数（尺
32、寸、刚体形状和表面间相互位置）的实际值和理论值相符合的程度。 加工后零件的实际几何参数与理想零件的几何参数总有所不同，其差值称为加工误差加工误差。第二节第二节 影响加工精度的因素及其分析影响加工精度的因素及其分析 工艺系统中的误差是产生零件加工误差的根源，因此把工艺系统的误差叫做原始误差原始误差。一、加工原理误差一、加工原理误差 例如，在车床上车削模数蜗杆，传动关系如图，传动比i可用下式表示式中由于P1=m，为无限不循环小数。在选用挂轮时只能近似取值计算，因此蜗杆的螺距必然存在误差。即是在加工中采用了近似的加工运动、近似的刀具轮廓和近似的加工方法而产生的原始误差。42311zzzzPPi机床丝
33、杆螺距工件螺距二、机床、刀具、夹具的制造误差与磨损二、机床、刀具、夹具的制造误差与磨损机床误差机床误差包括机床本身各部件的制造误差、安装误差和使用过程中的磨损。主轴误差主轴误差 对主轴的精度要求最主要的就是在运转时能保持轴心线在空间的位置稳定不变，即回转精度回转精度。 主轴运动误差表现为三种形式：纯径向跳动误差、轴向窜动误差、线角度摆动误差。主轴纯径向跳动误差对精度的影响主轴纯径向跳动误差对精度的影响 如图所示，设由于主轴的纯径向跳动而使轴心线在Y坐标方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，其幅值为A；再设主轴中心偏移最大时，镗刀尖正好通过水平位置1，当镗刀转过角时，刀尖轨迹的水平分量与垂
34、直分量分别计算得整理后得即镗出的孔为椭圆形镗出的孔为椭圆形。 sincos)(coscosRZRARAY1)(2222RZARY 右图所示，设主轴轴心仍沿Y轴坐标作简谐直线运动，在工件1处切出的半径比2和4处小一个振幅A，而在工件3处切出的半径则相反，这样，上述四点的工件直径都相等，其它各点的直径误差也很小，所以车削出的工件表面接近一个真圆，但中心偏离。主轴轴向窜动误差对精度主轴轴向窜动误差对精度的影响的影响 主轴纯轴向窜动使加工的端面与内外圆轴线不垂直。（如图所示）纯角度摆动误差对加工精纯角度摆动误差对加工精度的影响度的影响 主轴的纯角度摆动会使外圆产生圆柱度误差，镗孔将成椭圆形。 主轴工作
35、时，其回转轴线的运动误差是以上三种运动方式的综合。主轴工作时，其回转轴线的运动误差是以上三种运动方式的综合。影响主轴回转精度的因素及提高回转精度的措施影响主轴回转精度的因素及提高回转精度的措施 主轴回转精度不仅和主轴的制造精度有关，而且还与切削过程中主轴切削过程中主轴受力受力、受热后的变形受热后的变形有关。 主轴部件制造误差是主轴回转精度的基础，包含轴承误差轴承间隔与轴承配合零件的误差滑动轴承滑动轴承：主轴是以轴颈在轴承内回转的，对于车床类机床，主轴的受力方向一定，这时主轴轴颈被压向轴套表面某一位置，因此，主轴轴颈的圆度误差将直接传给工件。（下左图） 对于镗类机床，主轴所受切削力的方向随着镗刀
36、的旋转而旋转，因此轴套孔的圆度误差将传给工件。(右图)滚动轴承滚动轴承：主轴回转精度还和轴承的配合件有关。取决于内、外环滚道的圆度误差、内座圈的壁厚误差及滚动体的尺寸误差和圆度误差等。主轴回转精度的测量主轴回转精度的测量 生产现场通常采用将精密心棒插入主轴锥孔，在其圆周表面和端部分别用千分表测量。 此法简单，但不能反映主轴在工作转速下的回转精度，也不能把性质不同的误差区分开来。 下述测量法主要用于镗铣类机床，在主轴端部粘结一个精密测量圆盘3，球的中心和主轴的回转轴心线略有偏心e，由摆动盘5进行调整，在球的周围相互垂直地安装两个位移传感器1、2，传感器和测量球之间保持一定间隙。导轨误差导轨误差
37、床身导轨是确定机床主要部件的相对位置和运动的基准。其误差分为：导轨在水平面内误差；导轨在垂直平面内误差导轨在垂直平面内误差；两导轨间的平行度误差导轨在水平面内有直线度误差导轨在水平面内有直线度误差 将直接反映在被加工工件表面的法向方向，对加工精度影响极大，使工件产生圆柱度误差(鞍形或鼓形)。导轨在垂直平面内有直线度误差导轨在垂直平面内有直线度误差 如图，使刀尖产生Z的位移，造成工件在半径方向上产生误差R。对于龙门刨床、龙门铣床及导轨磨床来说，导轨的垂直面内的直线度误差将直接反映到工件上。两导轨间有平行度误差两导轨间有平行度误差 导轨发生扭曲，刀尖相对于工件在水平和垂直两方向上发生偏移，从而影响
38、加工精度。设垂直于纵向走刀的任意截面内前、后导轨的平行度误差为，则工件半径变化量R近似等于刀尖的水平位移，即 机床导轨的几何精度还与使用时的磨损及机床的安装状况有关。BHYR传动链误差传动链误差 特定情况下，要求刀具和工件之间具有准确的传动比。若控制这些成形运动间的传动链存在误差，会成为影响精度的主要因素。 减少传动误差可采取下列措施：减少传动链中的元件数目，缩短传动链，以减少误差来源减少传动链中的元件数目，缩短传动链，以减少误差来源提高传动元件，特别是末端传动元件的制造精度和装配精度提高传动元件，特别是末端传动元件的制造精度和装配精度传动链齿轮间存在间隙，同样会产生传动链误差，因此要消除间隙
39、。传动链齿轮间存在间隙，同样会产生传动链误差，因此要消除间隙。采用误差校正机构来提高传动精度。采用误差校正机构来提高传动精度。刀具的制造误差刀具的制造误差刀具的制造误差成形刀具成形刀具加工时，刀具切削基面上的投影就是加工表面的母线形状，因此刀刃的 形状误差以及刃磨、安装、调整不正确都会直接影响加工表面精度。展成刀具展成刀具加工时，刀具与工件要作具有严格运动关系的啮合运动，加工表面是刀 刃在相对啮合中的包络线，刀刃的形状必须是加工表面的共轭曲线。定径刀具定径刀具加工时，刀具的尺寸误差直接影响加工表面的尺寸精度，一些多刃的孔 加工刀具会使加工表面尺寸扩大。一般刀具一般刀具加工时，加工表面形状由机床
40、运动精度保证，尺寸由调整决定，刀具的 制造精度对加工精度无直接影响。刀具的磨损刀具的磨损刀具在加工表面法向的磨损量，直接反映出刀具磨损对加工精度的影响。刀具在加工表面法向的磨损量，直接反映出刀具磨损对加工精度的影响。 分为三个阶段：初期磨损阶段(LL0)正常磨损阶段(L0LL1)急剧磨损阶段(L1L)刀具的磨损量可用下式计算式中，刀具磨损量（m） 0刀具初始磨损量（m） k单位磨损量（m/1000m） L切削路程（m） 为减少刀具制造误差和磨损误差对加工精度的影响，除合理规定定尺寸刀具和成形刀具的制造公差外，还应根据工件的本材料和加工要求，准确选择刀具材料、切削用量、冷却润滑、并准确刃磨，以减
41、少磨损。必要必要时还可对刀具的尺寸磨损进行补偿时还可对刀具的尺寸磨损进行补偿。10001000)(000kLLLk夹具的制造误差与磨损 夹具误差包括工件的定位误差和夹紧变形误差、夹具的安装误差、分夹具误差包括工件的定位误差和夹紧变形误差、夹具的安装误差、分度误差以及夹具的磨损等。度误差以及夹具的磨损等。 夹具误差首先影响工件被加工表面的位置精度，其次影响尺寸精度和形状精度。 夹具的磨损主要是定位元件定位元件和导向元件导向元件的磨损。 定位元件定位元件的磨损会使孔与基准面间的位置误差增大。 为减少夹具误差所造成的加工误差，夹具的制造误差必须小于工件的公差，对于容易磨损的定位元件、导向元件等，除应
42、采用耐磨的材料外，应做成可拆卸、以方便更换。三、工艺系统受力变形及其对加工精度的影响三、工艺系统受力变形及其对加工精度的影响工艺系统刚度 由机床、夹具、工件、刀具所组成的工艺系统是一个弹性系统，在加工过程中由于切削力、夹紧力、重力、传动力、惯性力等外力的作用，将引起工艺系统各环节产生弹性变形，此变形造成位移。同时系统中各元件因其接触处的间隙也会产生位移和接触变形，从而破坏了刀具与工件间已获得的准确位置，产生加工误差。 工艺系统受力变形不但影响加工精度加工精度，还影响表面质量表面质量。 弹性系统抵抗外力使其变形的能力称为刚度刚度。工艺系统的刚度是以外切削力和在该力方向上所引起的刀具和工件间相对变
43、形位移的比值表示，即 由于切削力F有三个分力Fx、Fy、Fz，所以刚度也有相应的三个方向的刚度，计算工艺系统刚度就只考虑此方向上的切削分力FY和变形位移量Y，即 工艺系统由机床、夹具、刀具及工件组成，因此工艺系统受力变形总位移是各组成部分变形位移的叠加，即YFK 系统系统YFKY工件刀具夹具机床系统YYYYY由此可得即当知道工艺系统的各组成部分的刚度后，就可求得整个工艺系统的刚度工件的刚度工件的刚度 当用卡盘装夹棒料时，工件的变形可按悬臂梁计算。如图工件刀具夹具机床系统系统KKKKYFKY11111EIxLFYY3)(2工件式中，E棒料的弹性模量， I棒料截面惯性矩。 当用两顶尖装夹棒料时，工
44、件的变形可按简支梁计算，即工件的刚度为 当刀尖处于工作中间位置时，工件的刚度最小，变形最大。EILxxLFYY3)(22工件22)(3xxLEILK工件刀具的刚度刀具的刚度 对于车刀，因变形甚微可忽略不计。对于镗内孔和磨内圆可按悬臂梁计算。夹具的刚度夹具的刚度 机床夹具按机床部件处理，不再单独计算。机床刚度机床刚度 机床总变形位移量将是机床主轴箱、尾座及刀架等部件变形位移量的综合反映。如图，在切削力作用下，主轴箱等都有一定位移，此时工件的轴心线移动，刀尖也移位。则工件在切削变形点处的位移为由于所以 设定引起主轴箱、尾座处的作用力，整理后有则刀具在X处相对于工件法向总位移为XXYY主轴箱lXYY
45、X)(主轴箱尾座lXYYYYX)(主轴箱尾座主轴箱22 lXKFlXlKFYYYX尾座主轴箱 22111lXKlXlKKFYYYYX尾座主轴箱刀架刀架机床故得机床的刚度 由此可知，工艺系统的刚度在沿工件轴向的各个位置是不同的，所以加工后工件各个横截面的直径尺寸也不相同，造成了加工后工件的形状误差。221111 lXKlXlKKYFKyY尾座主轴箱刀架机床机床误差复映规律 以加工过程中，由于工件毛坯加工余量或材料硬度的变化，引起切削力和工艺系统受力变形的变化，因而产生工件的尺寸误差和形状误差。如图，切削力切削力F FY Y随背吃刀量随背吃刀量a ap p的变化而变化，引起工艺系统中机床的相应变的
46、变化而变化，引起工艺系统中机床的相应变形，这样就使毛坯的圆度误差复映到加工后的工件表面，这种现象称为形，这样就使毛坯的圆度误差复映到加工后的工件表面，这种现象称为“误差复映误差复映”。 根据切削原理公式有 F FY Y= =C Cp pa ap pF F0.750.75 毛坯上的最大误差为 ，工件上的最大误差为 工件在一次走刀后的加工误差为则，21ppaa坯21YY 工系统坯系统系统系统系统系统工KfCKaafCKfaCKfaCKFKFYYppppppppYY75. 02175. 075. 0275. 01minmax2111系统坯工KfCp175. 0 上式反映了加工误差与毛坯误差之间的比例
47、关系，说明了“误差复映”规律。定量地反映了毛坯误差经过加工后减少的程度，称为“误差复映系数误差复映系数”。 若加工分几次进给进行，总的复映系数将降的很小，加工误差也就降到允许范围以内了。惯性力、重力和夹紧力所引起的加工误差惯性力引起的加工误差惯性力引起的加工误差 在加工过程中，由于旋转零件、夹具或工件等的不平衡而产生的离心力，对加工精度的影响是很在的 为消除惯性力对加工精度的影响，生产中常采用“配重平衡”的方法必要时还可降低转速。夹紧力引起的加工误差夹紧力引起的加工误差 对于刚性较差的工件，夹紧力常会引起显著的加工误差。 夹紧变形引起的工件形状误差不仅取决于平紧力的大小，而且与夹紧力的作用点有
48、关。重力引起的加工误差重力引起的加工误差 工艺系统有关零部件自身的重量以及它们在加工中位置的移动，也可引起相应的变形，造成加工误差。（如右图）四、工艺系统热变形及其对加工精度的影响四、工艺系统热变形及其对加工精度的影响 机械加工中，工艺系统在各种热源作用下会产生一定的热变形。其对精加工影响较大。L=Lt式中，为工件材料的热膨胀系数；L为工件在热变形方向上的尺寸； t为工件平均温升。工艺系统热源内部热源（切削热、磨擦热）和 外总热源。机床热变形不同类型机床因其结构与工作条件 的差异面使热源和变形形式各不相同。工件热变形切削热引起。热伸长量按下式计算 工件的热变形还会产生圆柱度误差。当工件单侧受热
49、，上下表面温升不等，热变形引起的加工后的平面度误差可作如下近似计算，如图可见，控制热变形而引起的平面度误差就必须减小温差，即要减小切削热的传入。HtLH82 减少工件热变形可采取下列措施：减少工件热变形可采取下列措施：1)在切削区施加足够充足的切削液；在切削区施加足够充足的切削液；2)提高切削速度或进给量，以减少传入工件热量；提高切削速度或进给量，以减少传入工件热量；3)精、精加工分开，使组加工的余热不带到精加工工序中；精、精加工分开，使组加工的余热不带到精加工工序中；4)刀具和砂轮让过分的磨钝才进行刃磨和修正，以减少切削热和磨削热；刀具和砂轮让过分的磨钝才进行刃磨和修正，以减少切削热和磨削热
50、；5)使工件在夹紧状态下有伸缩的自由。使工件在夹紧状态下有伸缩的自由。 减少刀具热变形的措施有：减小刀具伸出长度、改善散热条件、减少刀具热变形的措施有：减小刀具伸出长度、改善散热条件、改进刀具角度减小切削热、合理选用切削用量以加冷却液。改进刀具角度减小切削热、合理选用切削用量以加冷却液。刀具热变形热源主要也是切削热，因刀具体积小， 加热温度很高。五、工件的内应力引起的变形五、工件的内应力引起的变形 内应力是指当外部载荷去掉后，仍残存在工件内部的应力。内应力产生的原因内应力产生的原因毛坯制造中产生的内应力毛坯制造中产生的内应力冷校直产生的内应力冷校直产生的内应力切削加工产生的内应力切削加工产生的
