第二章 机械加工精度及其控制,2-1概述 产品性能与零件加工质量和产品装配质量有关，而零件加工质量是保证产品质量的基础，零件加工质量包括机械加工精度和表面质量。 一、机械加工精度 零件加工表面的尺寸、形状和位置都是通过机械加工方法获得的，实际加工时获的尺寸、形状和位置不可能的绝对准确，与理想零件或多或少存在有差异。 1、加工精度： 零件加工后，实际几何参数与理想几何参数的接近程度。实际值越接近理想值，加工精度越高。 在满足使用性能前提下，允许实际几何参数与理想参数的偏差就是公差。,2、加工误差 在加工中由于受各种因素的影响，不可能也不必要把零件做得绝对准确，总有大小不同的偏差。加工误差指零件加工后实际几何参数与理想几何参数的偏离程度。 加工精度和加工误差是从两个不同角度评价零件加工后几何参数。加工精度的高低通过加工误差的大小来表示。保证和提高加工精度，就是限制和降低加工误差。 加工精度：包括尺寸精度、形状精度和位置精度 1）尺寸精度：实际尺寸与理想零件尺寸之间符合程度。 2）形状精度：实际形状与理想零件各表面形状之间的符合程度。 3）位置精度：各表面实际位置与理想位置的符合程度。,三者之间相互联系。通常形状公差限制在位置公差之内，位置公差限制在尺寸公差之内。 尺寸精度要求很高时，形状精度和位置精度要求也高。但形状精度要求很高时，位置精度和尺寸精度不一定要求很高。 对于一个零件，加工后的尺寸、形状和位置误差如果在图纸规定公差范围内，则加工精度满足要求，即为合格品，如超出公差范围则为不合格品。 研究加工精度的目的：弄清各种原始误差对加工精度的影响规律。掌握控制加工误差的方法，达到进一步提高加工精度的目的。,二、原始误差及其分类,为什么会产生加工误差？引起零件产生加工误差的因素较多，如机床、刀具、夹具、工件本身。 造成零件加工误差的因素称原始误差。 原始误差有两个方面： 1）工艺系统的原有误差：加工前已存在。如机床误差、刀具误差、夹具误差、定位误差、测量误差，以及定位和调整误差。工艺系统本身存在的误差会不同程度的反映到被加工零件上去。 2）工艺系统的动误差：在加工过程中，工艺系统的受力变形、受热变形、磨损和残余应力等。这些因素破坏工艺系统原有精度。,1、装夹误差 2、调整误差 3、加工误差,三、误差敏感方向,由于原始误差的大小和方向各不相同，而加工误差则在工序尺寸方向上测量，当原始误差的方向与加工误差的方面一致时，对加工精度影响最大。 对加工精度影响最大的误差方向称误差敏感方向，通常为加工表面的法线方向。,四、研究加工精度的方法,1、单因素分析法 研究某一确定因素对加工精度的影响，通过分析计算、测试实验得出某因素与加工精度的关系。在分析某一因素时,不考虑其他因素的影响. 2、统计分析法 加工一批零件，运用数理统计的方法进行数据处理，从中判断误差的性质，找出其出现的规律。 如用调整法加工时，同时增大,或同时减小。试切法加工时，轴的尺寸偏大，孔的尺寸偏小。 实际生产中，两种方法同时应用，先用统计分析法，找出误差出现的规律，初步判断产生误差的原因，再用单因素法，找出影响加工精度的主要因素。,五、全面质量管理,（一）概念： 一个组织以质量为中心，以全员参与为基础，目的在于通过让顾客满意和本组织所有成员及社会受益而达到长期成功的管理途径。 强调组织的所有职能均纳入质量管理的范畴，一个组织必须以质量为中心。 （二）基本观点： 1）质量第一的观点 产品质量的好坏关系到企业的生存和发展。 2）一切为顾客服务的观点 顾客的要求就是产品质量的目标，也是检验产品质量好坏的客观标准。 全面质量管理将这一思想推广，企业后续工序是前道工序的顾客。企业的每个人要明确自己的下道工序。,3）质量形成于生产全过程的观点 与产品全生命周期的每个阶段有关，包括设计、原材料、设备、工艺和加工等。产品质量不是检验出来的，是制造出来的。 4）质量好坏凭数据说话的观点 质量分析时要有准确的数据。 5）预防为主，防检结合的观点 将质量管理的工作重点从事后把关转移到事前预防，从对产品结果的控制转移到对质量形成因素的控制。（三检制，持证上岗） 6）是一种以人为本的管理 充分调动人的积极性，发挥人的创造性。产品质量不仅要让顾客满意，而且要让本组织每个职工满意。 7）是一种突出质量改进的动态性管理,第二节工艺系统几何精度对加工精度的影响,一、加工原理误差 加工原理误差：是指用近似的成形运动和近似刀具轮廓而产生的加工误差。 由于一般数控铣床只具有空间直线插补功能，会产生原理误差。用球头铣刀铣球面时会出现近似运动,数控插补加工平面曲线也是由折线逼近而成。 另外,在车床上加工外圆,由螺旋线构成圆柱面. S= 8Rh,齿轮滚刀,为便于制造,常用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆,存在理论误差,另外,由于滚刀齿数有限,加工出的齿形是由折线断组成的,而非光滑的渐开线.用模数铣刀铣齿也是近似刀具轮廓. 采用近似成形运动和近似刀具轮廓,虽然会带来原始误差,但可简化机床结构,刀具形状,有时会大大提高生产效率,因此只要其误差不超过规定的精度要求,在生产中仍能得到广泛应用. 二、调整误差 在加工过程中，总是要对工艺系统进行调整，由于调整不可能绝对准确，因而产生调整误差。 不同的调整方式有不同的误差来源。,（一）试切法调整,先试切小部分加工表面，测量所得尺寸，再按要求的尺寸调整刀具，然后再试切再测量，在满足尺寸要求后，再切削整个待加工表面。 特点：生产率低，只适用于单件小批生产。试切法可以获得很高的加工精度，但与工人的技术水平有关。 引起调整误差的因素主要有三个： 1、测量误差。 1）测量工具本身精度的影响 测量工具本身不可能做得绝对准确,2）测量部位，目测和估计不准的影响,由此可以看出，当一定时，D越大，则测量误差越大,3）测量过程所使用的对比标准、其它测量工具的精度和数学运算精度的影响。 如果精密量块、三针和弓高弦长规有误差，则影响测量精度。计算公式如果精度不同，也会影响测量结果。,2、机床进给机构的位移误差,影响进给精度的因素主要是进给机构的爬行 爬行:使刀具的实际位移与刻度盘显示值不一至。 ）,3、试切与正式切削切削厚度不同的影响,切削过程中切削刀具的刃口半径不同，其最小切削层厚度也不一样。切削厚度太小，会产生打滑，失去切削能力，也会产生加工误差。另外，切削厚度不同，切削力大小也不同，产生的切削变形也不一样，从而影响刀具和工件的相对位置，同样会引进加工误差。 精加工外圆时，实际加工尺寸比试切尺寸要小； 粗加工外圆时，实际加工尺寸比试切尺寸要大。,（二）调整法,按试切好的工件尺寸、标准件或对刀块调整刀具位置，使其相对于工件定位基准的位置准确，然后加工一批工件。 特点：生产率高，适用于成批或大量生产。 由于调整法也是以试切为依据，所以影响试切法的因素对调整法同样有影响。 影响调整精度的因素还有： 1）定程机构误差 刀具的弹性变形和行程挡块受力变形 2）样件或样板的误差 样件本身的制造误差、安装误差和对刀误差 3）测量有限试件所造成的误差 工艺系统调整以后，一般需要试切几个工件取其平均值作为调整依据，由于试切件数有限，也会造成误差。,三、机床误差,机床误差主要包括机床制造误差、安装误差和磨损。 机床误差中对加工精度影响较大的误差主要包括：导轨误差、主轴回转误差和传动链误差。 （一）机床导轨误差 1、机床导轨误差对形状精度的影响 导轨精度主要有以下几方面要求： 导轨在水平面内的直线度 导轨在垂直面内的直线度 导轨间在垂直面内的平行度 导轨与主轴轴线的平行度,对于普通机床,其直线度公差和平行度公差均为1000:0.02。接触精度为每平方寸不少于16个接触斑点； 对于精密机床,其直线度公差和平行度公差均为1000:0.01。接触精度为每平方寸不少于20个接触斑点,1）车床导轨误差对加工精度的影响 a、导轨在水平面内的直线度误差：发生在被加工表面的法线方向上（误差敏感方向），对加工精度影响大。 b、导轨在垂直面内的直线度误差：发生在被加工表面的切线方向上（非误差敏感方向）对零件加工精度影响小。可见导轨在垂直面内的直线度误差对加工精度影响小。 c、在垂直面内的平行度误差：前向导轨扭曲，刀架产生摆动，刀尖成形运动轨迹成空间曲线使工件产生形状误差.,车床和外圆磨床此误差不可忽略,2）刨床导轨误差对加工精度的影响 误差敏感方向为垂直方向，导轨在垂直面内的直线度误差，对加工精度影响大。引起加工表面直线度和平面度误差。 3）平面磨床导轨误差对形状精度的影响 砂轮架和工作台导轨在垂直面内的直线度误差及平行度误差，发生在被加工面的法线方向（误差敏感方向），对加工精度影响大，而在水平面内的直线度误差（非误差敏感方向）对加工精度影响小。,4）镗床导轨误差对加工精度的影响 由于其误差敏感方向随主轴回转而变化，因此在水平面内和垂直面内的直线度误差对加工精度均有影响。 当镗床用镗杆进给时，导轨不直或与主轴轴线不平行，会引起孔的轴线与基准产生位置误差，但不会产生孔的形状误差。 如果用工作台进给，当导轨不直时，会引起加工孔的轴线不直。 如果导轨与主轴轴线不平行时，则加工出的孔呈椭圆形。a/b=cosa,2、其他因素对导轨精度的影响 1）机床的安装 因安装不正确而引起的导轨误差远远大于制造误差，特别是重型机床(龙门刨、落地镗），在自重的作用下引起的变形很大，对地基有严格的要求 2）导轨的磨损 磨损是造成导轨误差的另一个重要因素，车床前导轨每年的磨损量0.04-0.05mm,如果是粗加工，磨损量可达每年0.1-0.2mm,如果加工铸铁,磨损更大.,设计时，要从结构、材料、润滑和防护方面采取措施提高导轨精度；安装时校正好水平，保证地基质量；使用时及时调整导轨间隙，润滑良好及时维护。 a、选择合理的导轨形状和导轨组合形式，增加工作台与导轨的配合长度。 导轨形状有：矩形、三角形、燕尾形导轨； 导轨的组合方式有：双矩形道轨、双三角形或矩形与三角形组合。 采用 900的双三角形导轨，其直线运动精度高，而且精度的保持性好。 增加配合长度，可起到均化误差的作用。,3、提高导轨精度的主要措施,b、提高导轨制造精度 提高导轨直线运动精度的关键在于提高导轨的加工精度和配合面的接触精度。故应采用高精度的导轨磨床。 c、采用静压导轨 由于静压导轨，在工作台和床身间存在一层压力油(或压缩空气），既可均化导轨的直线度误差，同时又可以防止导轨在使用过程中发生磨损，从而提高导轨直线运动精度和精度保持性。 导轨导向误差的理论分析方法,（二）机床主轴的回转误差,（1）回转误差的概念 机床主轴用于安装刀具或工件，因此机床主轴的回转精度直接影响工件的形状精度、位置精度和表面粗糙度。理论上主轴轴线是固定的，但实际上由于受多种因素的影响主轴轴线是漂移的。 主轴回转误差：是指主轴的实际回转轴线相对于理想回转轴线的变动量。 由于理想回转轴线无法确定其位置，常用平均回转轴线代替。,主轴回转轴线运动误差包括：,1）径向圆跳动：主轴实际回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变动量； 2）轴向圆跳动：主轴实际回转轴线相对于平均回转轴线在轴线方向的变动量； 3）倾角摆动：主轴实际回转轴线相对于平均回转轴线成一定角度的运动。,不同加工方法，不同主轴回转误差所引起的加工误差不同。 1）主轴轴向圆跳动 加工外圆：轴向圆跳动对圆柱面的加工精度没有影响, 加工端面：会使加工的端面与轴线不垂直。如果回转一周，跳动一次，则加工出的端面近似为螺旋面。 tan=A/R 加工螺纹：使螺距产生周期误差，精密车床的主轴端面圆跳动为0.002-0.003mm,2、主轴回转误差对加工精度的影响：,2)主轴径向圆跳动 使工件产生圆度误差。加工方法不同，影响程度不同。 镗床上镗孔情况： Z=Rsin Y=h+Rcos=(A+R)cos 这为椭圆的参数方程加工出的孔为椭圆形，圆度误差为A 车床上镗孔的情况，公式见书，车出的工件表面接近正圆 精密车床的主轴径向圆跳动误差在0.005mm以内。,3）倾角摆动