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。,4,5,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，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。,8,1.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。,9,10,2. 工艺系统的制造精度和 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。,12,13,14,15,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。,25,26,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 回转误差的影响。,28,29,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。,30,31,32,3. 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。,36,37,38,工件一端在车床卡盘夹紧时， 根据材料力学公式，刚度为：,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：,40,41,42,43,44,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,50,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。,51,（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FY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 1y1y2,55,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。,56,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，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。,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,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。,68,3. 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。,70,71,72,73,74,(2) 刀具热变形对加工精度的影响,刀具产生热变形的主要热源是切削热。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。,79,80,81,82,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。,87,88,89,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：,92,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,93,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件数的100。,94,95,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,96,97,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。,98,99,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。,100,101,102,103,10.9811.02 10.99311.017 11.007511.090,104,10.9811.02 10.99311.017 11.007511.090,