第1章 数控加工工艺基础第1章 数控加工工艺基础1.1数控加工工艺概 述1.2 机械加工工艺 过程1.3 机械加工精度 1.4 机械加工表面 质量1234上页下页1.3.1 机械加工精度1.3.1机械加工精度概述1.3.2影响机械加工精度的因素1.3.3保证和提高机械加工精度的工艺途径上页下页上一级一、钳工与机械加工u钳工：通过工人手持工具进行切削加工。 u机械加工（狭义）采用不同的机床（如车床、铣 床、刨床、磨床、钻床等）对工件进行加工。1.3.1 机械加工精度机械加工（广义）是用加工机械对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程。分类： 切削加工冷加工压力加工热加工（化学、物相变化；热、锻、铸、焊 ）1.3.1 机械加工精度二、机械加工质量二、机械加工质量尺寸精度形状精度位置精度（通常形状误差限制在位置公差内，位 置公差限制在尺寸公差内）表面粗糙度波纹度纹理方向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）加工精度加工精度表面质量表面质量表面几何形状精度表面缺陷层表层加工硬化表层金相组织变化表层残余应力1.3.1 机械加工精度三、加工精度与加工误差1 1、加工精度：加工精度：零件加工后实际几何参数与理想几何参数接近程度。符 合程度越高，加工精度越高，实际生产中零件不可能与理想 的要求完全符合。2 2、加工误差：加工误差：指加工后的实际几何参数（尺寸，形状和表面间的相互 位置）对理想几何参数的偏离程度，从保证产品使用性能分 析允许有一定的加工误差 （保证和提高加工精度问题-实际上就是限制和降低加工误 差问题 ） 1.3.1 机械加工精度3 3、两者关系：、两者关系： （1）两者从正反面来评定零件的加工精度的高低 （2）加工精度(尺寸,形状,位置精度)三者关系尺寸公差位置公差形状公差形状公差限制在位置公差内 位置公差限制在尺寸之内尺寸精度高位置、形状精度高 形状精度高位置、尺寸不一定高 （3）加工精度、加工成本、生产率三者关系设计人员-合理规定加工精度工艺人员-保证提高生产率和降低成本. 4 4、研究加工精度的目的：、研究加工精度的目的：弄清各种原始误差的物理，力学本质，以及他们对加工精度影响的规 律，掌握控制加工误差的方法，获得预期的加工精度，需要时找出进一步 提高加工精度的途径。1.3.1 机械加工精度加 工 精 度 加工精度：指零件经切削加工后，其尺寸 、形状、位置等参数同理论参数的相符合 的程度，偏差越小，加工精度越高，它包 括： a. 尺寸精度：零件尺寸参数的准确程度。b.形状精度：零件形状与理想形状接近程度。 c.位置精度：零件上实际要素（点、线、面）相对 于基准之间位置的准确度。*1.3.1 机械加工精度250-0.04零件尺寸要素的误差大小。问：精度的高低与哪两个因 素有关？公称尺寸和公差大小。1.3.1 机械加工精度 尺 寸 精 度 国家标准规定：常用的分为20级，分别用 IT01、IT0、IT1、IT2IT18表示。数字越 大，精度越低。常用IT5-IT13精度划分： 高 精 度：IT5、IT6 通常由磨削加工获得。 中等精度：IT7-IT10 通常由精车、铣、刨获得。 低 精 度：IT11-IT13 通常由粗车、铣、刨、钻 等加工方法获得。1.3 机械加工精度 精度等级形 状 精 度25 轴加工后可能产生的形状误差0 0.0131.3 机械加工精度形 状 精 度u指零件上实际要素的形状与理想形状相符合的程 度； u国家标准规定了六类形状公差（见下表）u形状精度的标注：框格分为2格， 箭头指向待表达的表面，数字表示 允许误差的大小，单位为毫米。位 置 精 度u指零件的实际要素（点、线、面）相对于基准 之间位置的准确度。圆圈中的英文字母表示基准，框格分3格，箭头指向待表达的表面1.3 机械加工精度精度等级尺寸精度范围Ra值范围 （m）相应的加工方法低精度IT13IT 112512.5粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等中等 精度IT10IT 96.33.2半精车、半精镗、半精铣、半精刨、 扩孔等IT8IT 71.60.8精车、精镗、精铣、精刨、粗磨、粗 铰等高精度IT7IT 60.80.2精磨、精铰等特别 精密 精度IT5IT2Ra0.2研磨、珩磨、超精加工、抛光等零件精度等级及其相应的加工方法1工艺系统的几何误差2工艺系统的受力变形3影响加工精度的其他因素上页下页上一级1.3.2影响机械加工精度的因素工件相对于刀具静止状态 下已存在的误差原原 始始 误误 差差工艺系统原始状 态有关的原始误 差(几何误差)工艺过程有关的 原始误差(动误差)原理误差 定位误差 调整误差 刀具误差 夹具误差机床误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形 ） 工艺系统受热变形 刀具磨损 测量误差 工件残余应力引起的变形工件相对 于刀具运 动状态下 的误差主轴回转误差 导轨导向误差 传动误差原始误差构成影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素原始误差原始误差 （工艺系统的各（工艺系统的各 种误差）种误差）1.3.2 影响机械加工精度因素1 1、加工原理误差、加工原理误差 指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而 产生的误差。产生的误差。式中式中 R R 球头刀半径；球头刀半径；h h 允许的残留高度。允许的残留高度。例例1 1：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件SRh空间曲面数控加工一、工艺系统的几何误差一、工艺系统的几何误差1.3.2 影响机械加工精度因素2 2、机床的几何误差、机床的几何误差1）回转精度：机床主轴在回转时实际回转轴线对理想回转轴线的相一 致程度。 2）回转误差：机床主轴在回转时实际回转轴线对理想回转轴线的漂移。 3）误差产生原因：由于主轴部件中轴承、轴颈、轴承座孔等的制造误差和 配合质量，润滑条件，以及回转时的动力因素的影响。瞬时 回转轴线的空间位置在周期性变化。 4）理想回转轴线：客观存在，但无法确定，通常是以平均 回转轴线来代替。（1）机床主轴回转误差1.3.2 影响机械加工精度因素5）主轴回转误差基本形式：b）端面圆跳动a）径向圆跳动c）倾角摆动径向圆跳动端面圆跳动 角度摆动1.3.2 影响机械加工精度因素6）主轴回转误差对加工精度的影响 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔）考虑最简单的情况，主轴回转中心在y方向上作 简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。 则刀尖的坐标值为：e径向跳动对镗孔精度影响式中 R 刀尖回转半径； 主轴转角。显然，上式为一椭圆。它主要影响加工工件的圆度和圆柱度。 1.3.2 影响机械加工精度因素 主轴端面圆跳动对车削工件端面的影响它主要影响工件的的端面形状和轴向尺寸精度。1.3.2 影响机械加工精度因素刀走向，与理想轴线 平行工件回转轴线不变 主轴角度摆动对镗孔的影响角度摆动是指瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角度作公转对工件的形状精度影响很大，如车外圆时，会产生锥度。 1.3.2 影响机械加工精度因素7）影响主轴回转精度的主要因素 滑动轴承图1 轴径不圆引起车床主轴 径向跳动AB 车床类机床（图1） 切削力的方向大体不 变，主轴经以不同部件 与轴承内孔的某一固定 部位相接触。因此影响 主轴回转精度的主要是 主轴轴径的圆度。轴承对于回转误差的影响1.3.2 影响机械加工精度因素 滚动轴承 内外滚道圆度误差、滚动体形状及尺寸误差 静压轴承 对轴承孔或轴径圆度误差起均化作用 推力轴承 滚道端面平面度误差及与回转轴线的垂直度误差 镗床类机床（图2） 切削力随主轴回转 而回转，主轴径总是以固 定部位与轴承孔内表面的 不同部位接触，因此轴承 孔的圆度对主轴回转精度 影响最大。图2 轴承孔不圆引起镗床主轴 径向跳动1.3.2 影响机械加工精度因素1.3.2 影响机械加工精度因素与轴承配合的零件误差的影响轴承间隙的影响轴承间隙对回转精度也有影响，如轴承间隙过大，会 使主轴工作时油膜厚度增大油膜承载能力降低，当工作 条件(载荷、转速等)变化时，油楔厚度变化较大，主轴轴 线漂移量增大。由于轴承内、外圈或轴瓦很薄，受力后容易变形，因此 与之相配合的轴颈或箱体支承孔的圆度误差，会使轴承圈或 轴瓦发生变形而产生圆度误差。与轴承圈端面配合的零件如 轴肩、过渡套、袖承端盖、螺母等的有关端面，如果有平面 度误差或与主轴回转轴线不垂直，会使轴承圈滚道倾斜，造 成主轴回转轴线的径向、轴向漂移。箱体前后支承孔、主轴 前后支承轴颈的同轴度会使轴承内外圈滚道相对倾斜，同样 也会引起主轴回转轴线的漂移。1.3.2 影响机械加工精度因素8）提高主轴回转精度的措施 提高主轴部件的制造精度首先应提高轴承的回转精度其次是提高箱体支承孔 、主轴轴颈和与轴承相配合有关表而的加工精度。此外， 还可在装配时先测出滚动轴承及主轴锥孔的径向圆跳动， 然后调节径向圆跳动的方位，使误差相互补偿或抵消，以 减少轴承误差对主轴回转精度的影响。 对滚动轴承进行预紧，消除间隙对滚动轴承适当预紧以消除间隙，甚至产生微量过盈 由于轴承内外圈和滚动体弹性变形的相互制约，既增加了 轴承刚度，又对轴承内外圈滚道和滚动体的误差起均化作 用，因而可提高主轴的回转精度。1.3.2 影响机械加工精度因素 使主轴回转误差不反映到工件上（误差转移）直接保证工件在加工 过程中的回转精度而不 依赖于主轴，是保证工 件形状精度的最简单而 又有效的方法。如采用两固定顶尖 支承磨削外圆柱面。在镗床上加工箱 体类零件孔。采用前 后导向套的镗模。1.3.2 影响机械加工精度因素2 2、机床导轨导向误差 1）导轨导向精度及其对加工精度的影响 导轨导向精度：机床导轨副的运动件实际运动方向和理想运动方向 的符合程度。两者之间的偏差值称为导向误差。导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是 运动的基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度 。 包括：导轨在水平面内的直线度，导轨在垂直面内的直线度， 导轨面间的平行度（扭曲），导轨与主轴回转轴线的平行度（或垂直度）。1.3.2 影响机械加工精度因素2）导轨在水平面内的直线度（弯曲） 对于车床和外圆磨床由于刀尖相对于工件回转轴线在加 工表面径向方向的变化属敏感方向，故其对零件的形状精度 影响很大。车床导轨在水平面内有弯 曲后，纵向进给中刀具相对工 件轴线不能平行。因而工件表 面上形成形状误差。当导轨向 后凸时，工件产生鼓形误差。 当导轨向前凸时，工件产生鞍 形误差。 1.3.2 影响机械加工精度因素3）导轨在垂直面内的直线度（弯曲） 垂直面内直线度误差对车床的影响较小，可以忽 略不计。但对于龙门刨床、龙门铣床及导轨磨床来说，导 轨在垂直面内的直线度误差将直接反映到工件上。 1.3.2 影响机械加工精度因素4）导轨面间的 平行度- 刀架与工件相对 位置偏斜 （锥度或马鞍形 ） 1.3.2 影响机械加工精度因素3、机床传动链误差1）传动链的传动误差是指内联系的传动链中首末两端传 动元件之间相对运动的误差。例：用滚齿机加工直齿轮时，要求滚刀和工件之间具有严格的 运动关系。即：滚刀转一转，工件转过一个齿，这种运动关系 是由刀具与工件的传动链来保证的。当传动链中各传动元件如齿轮、蜗轮、蜗杆、丝杆、螺母 等有制造误差，装配误差和磨损时，就会破坏正确的运动关系 ，是被加工工件产生误差。1.3.2 影响机械加工精度因素 缩短传动链长度 提高末端元件的制造精度与安装精度 传动比小，尤其是传动链末端传动副的传动比小， 因此采用降速传动保证传动精度的重要原则 采用校正装置对传动误差进行补偿 采用频谱分析方法，找