1、1第六章 机械加工精度第一节 机械加工精度的概念第二节 获得加工精度的方法 第三节 影响加工精度的因素第四节 加工误差的分析与控制2第一节 机械加工精度的概念3加工精度 零件在加工后的实际几何参数(尺寸、几何形状和表面相互位置)与理想零件的几何参数相符合的程度。其符合程度愈高，则加工精度愈高，其差别称为加工误差。 45 机械加工误差的分类 在零件加工过程中，虽然有很多原始误差不同程度地以不同形式反映到被加工零件上造成各种误差，但从它们的性质上来分，有系统误差和随机误差。6第二节 获得加工精度的方法 1.试切法 2.调整法 3.定尺寸刀具法 4.主动测量法7第三节 影响加工精度的因素 机械加工中
2、，机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统在完成任何一个加工过程中，都将有许多原始误差影响零件的加工精度。它们是机床的几何误差，包括微量进给误差、成形运动误差及磨损误差；工件的安装误差；测量误差以及加工中各种力和切削热所引起的误差等。这些误差可分为两部分：一部分与工艺系统本身的结构和状态有关；一部分与切削过程有关。81.原理误差 加工中采用了近似加工方法，近似成形运动，近似刀具刀刃轮廓所产生的加工误差，称为原理误差。例如，用成形刀具加工复杂的曲面时，因制造完全符合理论曲线轮廓的刀具刃口，有时十分困难。成形刀具的刃口往往采用圆弧、直线等简单的线形代替曲线的轮廓，从而产生原理误差。 9102. 工艺系
3、统的制造精度和 磨损对加工精度的影响11 1.机床的制造精度和磨损导轨误差 直线运动主要由机床的导轨来实现，因此机床床身导轨的制造误差、工作台与床身导轨之间的配合误差是影响直线运动精度的主要因素。导轨的各项误差将直接地反映到被加工表面的形状误差中。 12131415 磨床导轨在水平面内的直线度误差使工件在水平方向产生位移，引起被加工零件在半径方向的误差R。当磨削长工件时，刚性较差的工作台是贴合在床身导轨上做往复运动，其运动轨迹受导轨直线度误差的影响，造成工件的圆柱度误差。 16 磨床导轨在垂直面内的直线度误差将引起工件相对砂轮的切向位移h，造成工件半径方向的误差Rh2/2R，对零件的形状精度影
4、响甚小。17 但对平面磨床、龙门刨床及铣床等，导轨在垂直面内的直线度误差会引起工件相对砂轮(刀具)的法向位移，误差将直接反映到被加工零件上，造成形状误差。18 磨床两导轨的平行度误差(扭曲)使工作台移动时产生横向倾斜，工作中心变动因而引起工件的形状误差。 19 机床的安装对导轨的原有精度影响也很大，尤其对床身较长的龙门刨床，因床身较长、刚性差，在本身自重作用下容易产生变形。如果安装的不正确或不坚实，都会使床身产生较大的变形。20主轴的回转误差 当主轴工作时，理论上其回转轴线在空间的位置应当稳定不变，但是，由于主轴部件的加工和安装误差及其受力、受热变形的影响，使主轴每一瞬间的回转轴心线的空间位置
5、处于变动状态，相对于理想位置产生了偏移，其偏移量就是主轴回转误差。21 主轴回转误差可分为三种基本型式：轴向窜动、纯径向跳动和纯角度摆动。 22主轴纯径向跳动：镗床镗孔的情况23 车削时，主轴的纯径向跳动对工件的圆度的影响很小 。假定主轴轴心沿着y坐标轴做简谐直线运动 24 主轴的纯轴向窜动对内、外圆加工没有影响，但所加工的端面却与内外圆不垂直。 2526 主轴的纯角度摆动也因加工方法而异。车削加工时，仍然能够得到一个圆的工件，但工件成锥形。镗孔时，由于主轴的纯角度摆动形成回转轴心线与工作台导轨不平行，镗出的孔将成椭圆形。27 外圆磨削时，磨床前后顶尖都不转动，起定心作用，避免了工件主轴回转误
6、差的影响。2829 砂轮架主轴的回转误差，不仅引起工件的直径尺寸误差，而且还会引起棱圆度、波度以及表面粗糙度。3031323. 工艺系统的受力变形(1) 工艺系统受力变形的现象 用顶尖支承车削细长轴时，工件由于切削力的作用而发生弯曲变形，加工后则产生鼓形的圆柱度误差。在磨内孔时采用横向切入磨法，由于内圆磨头主轴弯曲变形，磨出的孔将产生带锥度的圆柱度误差。33 工艺系统的受力变形是机械加工精度中的一项很重要的原始误差。 34机床部件刚度 在机械加工过程中，工艺系统受力后产生变形对加工精度影响很大。当车刀车削工件时，在刀刃上和工件上分别受到大小相等、方向相反的切削力的作用，其中切削力的一分力FY对
7、加工精度的影响最大。 35 在切削力的作用下，由于工艺系统的受力 变形，刀具和工件相对退让。设让刀距离为y，则工艺系统在Y方向的刚度是 kFY/y。363738工件一端在车床卡盘夹紧时，根据材料力学公式，刚度为：EILFYY3333LEIk 39工件在两顶尖间加工，由经验可知，可将工件看成两端架在自由支承上的简支粱。当刀具处于工件中间位置时，变形达到最大值，则： EILFYY483348LEIk 4041424344影响部件刚度的因素如下。 接触变形 零件连接表面存在宏观几何形状误差和微观几何形状误差，所以，真正处于接触状态的只是少部分凸蜂。因此接触点处的接触应力大，会产生较大的接触变形。这种
8、接触变形中既有表层的弹性变形又有塑性变形。这就是部件刚度曲线不呈直线，加载与卸载曲线不重合，部件刚度低于同尺寸实体零件刚度的一个原因。45 摩擦的影响 在加载时，零件与零件的接触面间的摩擦力阻止变形的增加。在卸载时，摩擦力又阻止变形的减少。加载曲线和卸载曲线不相重合。46 受力方向的影响 机床在工作时所受到的力是多方向的，其变形也是多方向的。刀刃在y方向的实际位移是切削分力Fx，Fy，F z共同作用的结果，因此刚度也发生变化。47 间隙的影响 部件中各零件间存在间隙时，只要施加很小的力就能使零件相互错动。在刚度试验中如果在正反两个方向加载荷，就可以发现间隙对变形的影响。 48 薄弱零件本身的变
9、形 机床部件中，某些薄弱零件的刚度很低，因而对部件的刚度影响较大。49 工艺系统在受力情况下产生的变形的叠加。 y系统y机床+y刀具+y工件+y夹具系统系统kFyY机床机床kFyY夹具夹具kFyY刀具刀具kFyY工件工件kFyY50所以工艺系统刚度的一般式为：当知道了工艺的各个组成部分的刚度后，就可求出工艺系统刚度。 工件刀具夹具机床系统kkkkk1111151（3）工艺系统受力变形对加工精度的影响52切削力对加工精度的影响 在切削加工中，往往由于被加工表面的几何形状误差或材料的硬度不均匀引起切削力变化，从而造成工件的加工误差。53由于毛坯的圆度误差，使车削时刀具的切深在变化。因此，切削分力F
10、Y也随切深的变化由FYmax变到FYmin。工艺系统变形也由y1变到y2。这样就使毛坯的圆度误差又复映到加工后的工件表面上。这种现象称为“误差复映”。 54毛坯圆度的最大误差 车削后工件的圆度误差 1y1y2 kFyy11kFyy22PYcaF 210ppaakcayP11kcayP220211)(21kcaakcyyPPkc0155 表示加工误差与毛坯误差之间的比例关系，说明了“误差复映”的规律，故称“误差复映系数”。它定量地反映了工件经加工后毛坯误差减小的程度。从上式看出，工艺系统刚度 k 越高，越小，复映到工件的误差也越小。kc56 当一次走刀不能满足加工要求时，可进行第二次或多次走刀，
11、进一步消除1复映的误差。多次走刀总复映的误差已降到很小，加工误差也逐渐达到所允许的范围。57585960616263646566工件不同安装方法对工艺系统刚度影响。67 提高零部件刚度 采取措施提高机床零件和部件刚度，能减小工艺系统受力变形。 683. 工艺系统的热变形69(1) 机床热变形对加工精度的影响 各种机床的结构和工作条件的差别很大，所以引起热变形的主要热源也大不相同。普通车床、铣床、卧式镗床等来自机床的主传动系统；龙门刨床、立式车床等则来自液压系统。实践证明，卧式车床部件中受热最多而变形最大的是主轴箱。 7071727374 (2) 刀具热变形对加工精度的影响 刀具产生热变形的主要
12、热源是切削热。尽管切削热仅有一小部分传到刀具上，因刀具体积小，热惯性小，所以刀具工作表面的温度还是很高。在一般情况下，刀具受热的伸长量可以达0.030.05mm。刀具伸长影响加工精度，对加工中小零件来说一般只影响其尺寸精度，而在加工大型零件时(如加工长轴外圆等)还会影响其形状精度。75刀具热变形在切削初期增长很快，然后变慢，不久即达到热平衡状态(即此时之后其变形不再增加)。76 刀具能够迅速达到热平衡，而刀具的磨损又能与刀具受到伸长进行部分的补偿，故刀具变形对加工精度的影响并不显著。77 从结构设计上采取的技术措施 热对称结构设计有利于减少机床热变形。图为“加工中心”机床立柱结构，采取双立柱结
13、构对称设计，是有效减少变形的实例。 78合理布置支承位置有利于减小热变形的影响。79808182第四节 加工误差的分析与控制 加工误差的性质 在零件加工过程中，虽然有很多原始误差不同程度地以不同形式反映到被加工零件上造成各种误差，但从它们的性质上来分，有系统误差和随机误差。83 系统误差 在顺次加工一批工件时，所产生的大小和方向不变或按加工顺序作规律性变化的误差，统称为系统误差。84 机床、夹具、刀具和量具本身的制造误差引起的加工误差称常值系统误差。 机床、夹具和刀具等在热平衡前的热变形，加工过程中刀具磨损及工艺系统的受力变形等因素均随时间的变化而作规律性的变化，故这些因素引起的加工误差称变值
14、系统误差。 85 随机误差 在相同的工艺过程条件下，加工一批零件产生大小和方向不同且无变化规律的加工误差。 毛坯的误差复映、工件的定位误差、夹紧误差、多次调整引起的误差、内应力引起的误差等都属于随机误差。 86 虽然引起的随机误差因素很多，它们的作用情况又是错综复杂的，但可以用数理统计的方法找出随机误差的规律，并用来控制和掌握随机误差。 878889实验分布曲线上频率的最大值处于这批零件的算术平均的位置。平均尺寸的横坐标位置就是这批零件的分布中心(或误差聚集中心)。整批零件中最大尺寸和最小尺寸之差，就是尺寸分散范围。 90从实验分布曲线可以归纳出一些随机误差的规律：随机误差有大有小，它们对称分
15、布在尺寸分布中心的左右；距尺寸分布中心越近的随机误差，出现的可能性越大，反之越小；随机误差在实用中可以认为有一定的分散范围。91 实践证明，在一般无某种优势因素影响的情况下，在机床上用调整法加工一批零件时得到的实验分布曲线符合正态分布曲线规律。图中以尺寸分布中心为坐标原点，其方程式为： 222e21xy92曲线方程的纵坐标y代表尺寸分布曲线的分布密度，分布密度等于以尺寸间隔值除以频数所得的商。横坐标x表示各零件实测尺寸相对于平均尺寸的偏差值。x即等于图中的 ，为均方根偏差，其值为nxxnii12)(xxi93对曲线下的面积进行积分可得： 即曲线下的面积等于1，亦即相当于所有各种尺寸之和占这批零
16、件数的100。 1de21222xAx9495 欲求任意尺寸范围内的零件数占全部零件数的百分比(即频率)，可通过相应的定积分求得。例如，在 范围内的面积，可求积分如下xxxuuAde212229697 由上述部分定积分表的数值可知，随机误差出现在x 3以外的概率仅占0.27，这个数值很小，故可认为随机误差的实用分布范围就是 3。 9899 通过测量一批零件加工后的实际尺寸，做出尺寸分布曲线，然后按此曲线来判断这种加工方法所产生的误差大小。 10010110210310.9811.0210.99311.01711.007511.09010410.9811.0210.99311.01711.007
17、511.0901110.9811.0211.00511.0111.01510.99311.01711.007511.090105 用分布曲线法分析研究加工误差时，不能反映出零件加工的先后顺序，因此就不能把按一定规律变化的系统误差和随机误差区分开；而且还需要在全部零件加工完之后才能绘制出分布曲线，不能在加工过程中提供控制工艺过程的资料。 106 2. 点图法 点图法是在一批零件的加工过程中，依次测量每个零件的加工尺寸，并记入以顺次加工的零件号为横坐标，零件加工尺寸为纵坐标的图表中，这样对一批零件的加工结果便可画成点图。 107108 在车床上采用调整法加工一批大尺寸的轴颈。由于加工所使用的刀具磨
18、损比较显著，若还是采取分布曲线进行计算，则会发现此工序的随机误差部分6过大。 109第三节 提高加工精度和表面质量的途径110一、提高加工精度的途径 1. 查明原因直接消除 2. 误差补偿或抵消法 3. 误差转移法 4. 误差分组法 5. 积极控制法 6. “就地加工”法 7. 误差平均法 111 1. 查明原因直接消除这种方法是在查明产生加工误差的主要因素后，设法对这些因素进行直接消除或减小。例如，为消除细长轴在车削时所产生的误差，可以采取下列措施。 采用反向进给切削。 112 在靠近卡盘一端的工件上，车出一缩颈部分，缩颈直径dD/2(D为工件坯料直径)。工件在缩颈部分的直径减少后，柔性增加
19、，起到万向接头的作用，消除了由于坯料本身的弯曲而在卡盘强制夹持下轴心线随之歪斜的影响。 113114 通过以上措施，基本上消除了轴向切削力引起的弯曲变形。如果再加以弹簧顶尖，可进一步消除热变形所引起的热伸长的危害。1152. 误差补偿或抵消法 这是人为地造成一种新的与原始误差大小相等、方向相反的误差，去抵消工艺系统中原来固有的原始误差，来达到补偿抵消原始误差的一种做法。116 在加工过程中，对工件预加载荷，使工件在变形状态下进行加工，使加工的条件和装配、使用时的条件一致，从而达到精度要求。例如在磨削M131W万能外圆磨床床身导轨时，预先将等重量的液压箱、横向进给机构及前罩部件安装在床身上再进行
20、磨削。1171183. 误差转移法 转移工艺系统的几何误差、受力变形和热变形产生的误差。1191204. 误差分组法 在加工中，对于毛坯误差、定位误差而引起的工序误差，可采取分组配合来保证原有的精度。121例如：某厂在制造Y7520W型磨齿机的交换齿轮时，产生了齿轮心轴与工件定位孔的配合间隙问题。当配合间隙过大，剃齿后的工件产生几何偏心误差，将使齿圈跳动超差，同时剃齿时容易产生振动引起齿面纹度，增大工件时的噪声。为了限制配合间隙，保证工件孔和心轴有高的同轴度，采用了多档尺寸的剃齿心轴，并对工件孔进行分组和心轴对配，减少了由间隙而产生的定位误差，提高了剃齿工序的加工精度。 122工件的制造公差并
21、未放大，只是因误差进行了分组，而保证了装配精度，即保证了剃齿心轴和被剃齿轮间很高的同轴度，减少了齿圈跳动。1235. 积极控制法 积极控制法的特点是能在加工循环中利用测量装置连续地测出工件实际尺寸(或形状及位置精度)，随时给刀具以附加的补偿量用以控制刀具和工件间的相对位置，直至实际值与调定值的差值不超过公差为止。这是现代机械加工中的自动测量和自动补偿的一种形式。 124 柴油机高压燃油泵柱塞副，是一对很精密的偶件。柱塞和柱塞套本身的几何形状精度在0.0005mm以内，而轴与孔的配间隙为0.00150.003mm以内，在工件配磨前，先用标准偶件调整仪器，应用加工过程中的自动配磨装置进行加工。 125“就地加工”法 在加工精密丝杠时，为了保证前后顶尖和跟刀架套内孔的同轴度，采用头架项尖自磨、尾架垫板刮研、跟刀架导套自镗的“就地加工”法。
