1、在线教务辅导网：在线教务辅导网：http:/教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187 或者直接输入下面地址：或者直接输入下面地址：http:/第二章机械加工精度第二章机械加工精度第一节概述第二节影响加工精度的因素及其分析第三节加工误差的综合分析第四节保证和提高加工精度的主要途径第一节概述一、加工精度的概念高产、优质、低消耗，产品技术性能好、使用寿命长，这是机械制造企业的基本要求。二、获得零件加工精度的方法1.获得尺寸精度的方法1)试切法：通过试切测量调整再试切，反复进行，直到被加工尺寸达到要求的精度为止的加工方法。2)调整法：
2、按零件规定的尺寸预先调整机床、夹具、刀具和工件的相互位置，并在加工一批零件的过程中保持这个位置不变，以保证零件加工尺寸精度的加工方法。3)定尺寸刀具法：用具有一定形状和尺寸精度的刀具进行加工，使加工表面达到要求的形状和尺寸的加工方法。第一节概述4)自动控制法：把测量装置、进给装置和控制机构组成一个自动加工系统，使加工过程中的尺寸测量、刀具的补偿和切削加工一系列工作自动完成，从而自动获得所要求的尺寸精度的加工方法。5)主动测量法：在加工过程中，边加工、边测量加工尺寸，并将测量结果与设计要求比较后，或使机床工作，或使机床停止工作的加工方法。2.获得几何形状精度的方法1)轨迹法：依靠刀尖运动轨迹来获
3、得形状精度的方法。2)成形法：利用成形刀具对工件进行加工的方法。3)仿形法：刀具依照仿形装置进给获得工件形状精度的方法。第一节概述4)展成法：又称为范成法，它是依据零件曲面的成形原理、通过刀具和工件的展成切削运动进行加工的方法。3.获得位置精度的方法(1)找正安装法找正是用工具和仪表根据工件上有关基准，找出工件有关几何要素相对于机床的正确位置的过程。1)划线找正安装。2)直接找正安装。(2)夹具安装法夹具是用以安装工件和引导刀具的装置。(3)机床控制法利用机床本身所设置的保证相对位置精度的机构保证工件位置精度的安装方法。第二节影响加工精度的因素及其分析图2-1原始误差一、加工原理误差第二节影响
4、加工精度的因素及其分析加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的切削刃轮廓进行加工而产生的误差。二、工艺系统的几何误差1.机床几何误差(1)机床主轴误差。1)主轴回转误差。图2-2主轴回转轴线的运动误差第二节影响加工精度的因素及其分析2)主轴回转误差的敏感方向。图2-3车外圆的敏感方向第二节影响加工精度的因素及其分析(2)机床导轨误差床身导轨既是装配机床各部件的基准件，又是保证刀具与工件之间导向精度的导向件，因此导轨误差对加工精度有直接的影响。1)导轨在水平面内的直线度误差y。2)导轨在垂直平面内的直线度误差z。第二节影响加工精度的因素及其分析图2-4机床导轨在水平面内的直线度误差对加工精度
5、的影响第二节影响加工精度的因素及其分析图2-5机床导轨在垂直面内的直线度误差对加工精度的影响第二节影响加工精度的因素及其分析3)前后导轨的平行度误差。图2-6机床导轨扭曲对工件形状的影响第二节影响加工精度的因素及其分析(3)传动链传动误差传动链传动误差是指机床内联系传动链始末两端传动元件之间相对运动的误差。1)尽量减少传动元件数量，缩短传动链，以缩小误差的来源。2)采用降速传动(即i1)。3)提高传动链中各元件，尤其是末端元件的加工和装配精度，以保证传动精度。4)设法消除传动链中齿轮间的间隙，以提高传动精度。5)采用误差校正装置来提高传动精度。2.刀具制造误差与磨损 3.夹具的制造误差与磨损1
6、)定位元件、刀具导向元件、分度机构及夹具体等的制造误差。第二节影响加工精度的因素及其分析2)夹具装配后，定位元件、刀具导向元件及分度机构等元件工作表面间的相对尺寸误差。3)夹具在使用过程中定位元件、刀具导向元件工作表面的磨损。4.工件的安装误差、调整误差及度量误差1)采用试切法加工时，引起调整误差的因素有：由于量具本身的误差和测量方法、环境条件(温度、振动等)、测量者主观因素(视力、测量经验等)造成的测量误差；在试切时，由于微量调整刀具位置而出现的进给机构的爬行现象，导致刀具的实际位移与刻度盘上的读数不一致造成的微量进给加工误差；精加工和粗加工切削时切削厚度相差很大，造成试切工件时尺寸不稳定，
7、引起尺寸误差。第二节影响加工精度的因素及其分析2)采用调整法加工时，除上述试切法引起调整误差的因素对其也同样有影响外，还有：成批生产中,常用定程机构如行程挡块、靠模、凸轮等来保证刀具与工件的相对位置，定程机构的制造和调整误差以及它们的受力变形和与它们配合使用的电、液、气动元件的灵敏度等会成为调整误差的主要来源；若采用样件或样板来决定刀具与工件间相对位置时，则它们的制造误差、安装误差和对刀误差以及它们的磨损等都对调整精度有影响；工艺系统调整时由于试切工件数不可能太多，不能完全反映整批工件加工过程的各种随机误差，故其平均尺寸与总体平均尺寸不可能完全符合而造成加工误差。三、工艺系统受力变形对加工精度
8、的影响1.工艺系统的受力变形第二节影响加工精度的因素及其分析图2-7车细长轴时的变形3.工艺系统受力变形对加工精度的影响第二节影响加工精度的因素及其分析(1)受力点位置变化产生形状误差在切削过程中，工艺系统的刚度会随着切削力作用点位置的变化而变化，因此使工艺系统受力变形也随之变化，引起工件形状误差。(2)切削力变化引起加工误差在切削加工中，由于工件加工余量和材料硬度不均将引起切削力的变化，从而造成加工误差。28.TIF第二节影响加工精度的因素及其分析图2-8毛坯形状误差的复映第二节影响加工精度的因素及其分析图2-9传动力所引起的加工误差第二节影响加工精度的因素及其分析图2-10离心惯性所引起的
9、加工误差第二节影响加工精度的因素及其分析图2-11夹紧力不当所引起的加工误差(3)其他作用力引起的加工误差第二节影响加工精度的因素及其分析1)传动力和惯性力引起的加工误差。2)重力所引起的误差。3)夹紧力所引起的加工误差。4.减少工艺系统受力变形的主要措施(1)提高接触刚度所谓接触刚度就是互相接触的两表面抵抗变形的能力。(2)提高工件定位基面的精度和表面质量工件的定位基面如存在较大的尺寸、形位误差，且表面质量差，在承受切削力和夹紧力时则可能产生较大的接触变形，因此精密零件加工用的基准面需要随着工艺过程的进行逐步提高精度。第二节影响加工精度的因素及其分析(3)设置辅助支承，提高工件刚度，减小受力
10、变形切削力引起的加工误差往往是因为工件本身刚度不足或工件各个部位刚度不均匀而产生的。(4)合理装夹工件，减少夹紧变形当工件本身薄弱、刚性差时，夹紧时应特别注意选择适当的夹紧方法，尤其是在加工薄壁零件时，为了减少加工误差，应使夹紧力均匀分布。(5)对相关部件预加载荷例如，机床主轴部件在装配时，通过预紧主轴后端面的螺母给主轴滚动轴承以预加载荷，这样不仅能消除轴承的配合间隙，而且在加工开始阶段就能使主轴与轴承有较大的实际接触面积，从而提高了配合面间的接触刚度。第二节影响加工精度的因素及其分析(6)合理设计系统结构在设计机床夹具时，应尽量减少组成零件数，以减少总的接触变形量；选择合理的结构和截面形状；
11、并注意刚度的匹配，防止出现局部环节刚度低。(7)提高夹具、刀具刚度；改善材料性能。(8)控制负载及其变化适当减少进给量和背吃刀量，可减少总切削力对零件加工精度的影响；此外，改善工件材料性能以及改变刀具几何参数如增大前角等都可减少受力变形；将毛坯合理分组，使每次调整中加工的毛坯余量比较均匀，能减小切削力的变化，减小误差复映。四、工艺系统热变形对加工精度的影响第二节影响加工精度的因素及其分析在机械加工中，工艺系统在各种热源的影响下会产生复杂的变形，使得工件与刀具间的正确相对位置关系遭到破坏，造成加工误差。1.工艺系统热变形的热源2.工艺系统热变形对加工精度的影响(1)机床热变形对加工精度的影响机床
12、在运转与加工过程中受到各种热源的作用，温度会逐步上升，由于机床各部件受热程度的不同，温升存在差异，因此各部件的相对位置将发生变化，从而造成加工误差。(2)工件热变形及其对加工精度的影响在加工过程中，工件受热将产生热变形，工件在热膨胀的状态下达到规定的尺寸精度，冷却收缩后尺寸会变小，甚至可能超出公差范围。第二节影响加工精度的因素及其分析(3)刀具热变形对加工精度的影响在切削加工过程中，切削热传入刀具会使得刀具产生热变形，虽然传入刀具的热量只占总热量的很小部分，但是由于刀具的体积和热容量小，所以由于热积累引起的刀具热变形仍然是不可忽视的。3.环境温度变化对加工精度的影响4.对工艺系统热变形的控制(
13、1)隔离热源为了减少机床的热变形，将能从主机分离出去的热源(如电动机、变速箱、液压泵和油箱等)应尽可能放到机外；也可采用隔热材料将发热部件和机床大件(如床身、立柱等)隔离开。第二节影响加工精度的因素及其分析(2)强制和充分冷却对既不能从机床内移出，又不便隔热的大热源，可采用强制式的风冷、水冷等散热措施；对机床、刀具及工件等发热部位采取充分冷却措施，吸收热量，控制温升，减少热变形。(3)采用合理的结构减少热变形如在变速箱中，尽量让轴、轴承、齿轮对称布置，使箱壁温升均匀，减少箱体变形。(4)减少系统的发热量对于不能和主机分开的热源(如主轴承、丝杠、摩擦离合器和高速运动导轨之类的部件)，应从结构、润
14、滑等方面加以改善，以减少发热量；提高切削速度(或进给量)，使传入工件的热量减少；保证切削刀具锋利，避免其刃口钝化增加切削热。第二节影响加工精度的因素及其分析(5)使热变形指向无害加工精度的方向例如车细长轴时，为使工件有伸缩的余地，可将轴的一端夹紧，另一端架上中心架，使热变形指向尾端；又例如外圆磨削，为使工件有伸缩的余地，采用弹性顶尖等。五、工件内应力对加工精度的影响1.产生内应力的原因(1)毛坯制造中产生的残余应力在铸、锻、焊接以及热处理等热加工过程中，由于工件各部分厚度不均，冷却速度和收缩程度不一致，以及金相组织转变时的体积变化等，都会使毛坯内部产生残余应力，而且毛坯结构越复杂、壁厚越不均，
15、散热的条件差别越大，毛坯内部产生的残余应力也越大。第二节影响加工精度的因素及其分析(2)冷校直带来的残余应力某些刚度低的零件，如细长轴、曲轴和丝杠等，由于机加工产生弯曲变形不能满足精度要求，常采用冷校直工艺进行校直。第二节影响加工精度的因素及其分析图2-12冷校直引起的残余应力a)冷校直方法b)加载时残余应力的分布c)卸载后残余应力的分布(3)切削加工产生的残余应力加工表面在切削力和切削热的作用下，会出现不同程度的塑性变形和金相组织的变化，同时也伴随有金属体积的改变，因而必然产生内应力，并在加工后引起工件变形。2.消除或减少内应力的措施第二节影响加工精度的因素及其分析(1)合理设计零件结构在零
16、件结构设计中应尽量简化结构，保证零件各部分厚度均匀，以减少铸、锻件毛坯在制造中产生的内应力。(2)增加时效处理工序一是对毛坯或在大型工件粗加工之后，让工件在自然条件下停留一段时间再加工，利用温度的自然变化使之多次热胀冷缩，进行自然时效。(3)合理安排工艺过程将粗、精加工分开在不同工序中进行，使粗加工后有足够的时间变形，让残余应力重新分布，以减少对精加工的影响。第三节加工误差的综合分析一、加工误差的性质根据一批工件加工误差出现的规律，可将影响加工精度的误差因素按其性质分为两类：(1)系统误差在顺序加工的一批工件中，若加工误差的大小和方向都保持不变或按一定规律变化，这类误差统称为系统误差。(2)随
17、机误差在顺序加工的一批工件中，其加工误差的大小和方向的变化是无规律的，称为随机误差，例如，毛坯误差的复映、残余应力引起的变形误差和定位、夹紧误差等都属于随机误差。二、加工误差的数理统计方法1.实际分布曲线(直方图)2.理论分布曲线(正态分布曲线)第三节加工误差的综合分析图2-13直方图第三节加工误差的综合分析图2-14正态分布曲线第三节加工误差的综合分析表2-1?(z)zezdz之值3.非正态分布曲线第三节加工误差的综合分析图2-15双峰分布曲线第三节加工误差的综合分析图2-16平顶分布曲线第三节加工误差的综合分析图2-17瑞利分布曲线4.点图分析法第三节加工误差的综合分析图2-18单值点图第
18、四节保证和提高加工精度的主要途径一、直接减少或消除误差这种方法是在查明产生加工误差的主要因素之后，设法对其直接进行消除或减弱其影响，在生产中有着广泛的应用。1)采用反向进给的切削方式，如图2-19所示，进给方向由卡盘一端指向尾座。图2-19不同进给方向加工细长轴的比较2)采用大进给量和93的大主偏角，增大轴向切削分力，使径向切削分力稍向外指，既使工件的弯矩相互抵消，第四节保证和提高加工精度的主要途径又能抑制径向颤动，使切削过程平稳。3)在工件卡盘夹持的一端车出一个缩颈部分，以增加工件的柔性，使切削变形尽量发生在缩颈处，减少切削变形对加工精度的直接影响。二、补偿或抵消误差补偿误差就是人为地制造一
19、种新误差去补偿加工、装配或使用过程中的误差。三、均分与均化误差当毛坯精度较低而引起较大的定位误差和复映误差时，可能使本工序的加工精度降低，难以满足加工要求，如提高毛坯(或上道工序)的精度，又会使成本增加，这时便可采用均分误差的方法。四、转移变形和转移误差 第四节保证和提高加工精度的主要途径这种方法的实质是将工艺系统的几何误差、受力变形及热变形等转移到不影响加工精度的非敏感方向上去。五、“就地加工”，保证精度机床或部件的装配精度主要依赖于组成零件的加工精度，但在有些情况下，即使各组成零件都有很高的加工精度也很难保证达到要求的装配精度。六、加工过程中主动控制误差对于变值系统性误差，通常只能在加工过程中用可变补偿的方法来减少加工误差。第四节保证和提高加工精度的主要途径图2-20题2-7图第四节保证和提高加工精度的主要途径图2-21题2-8图
