机械加工教学课件第五章 机械加工精度

第五章 机械加工精度,学习目的与要求,（1）掌握机械加工精度的概念以及加工精度与加工误差的关系 （2）熟悉工艺系统的原始误差种类及其对加工精度的影响， （3）掌握加工误差问题的综合分析与解决 （4）掌握加工误差的基本计算方法 （5）熟悉提高和保证加工精度的途径、常用方法,主要内容,第5章 机械加工精度 5.1 机械加工精度概述 5.2 工艺系统的制造精度和磨损对工件精度的影响 5.3 工艺系统的受力变形及其对工件精度的影响 5.4 工艺系统的热变形及其对工件精度的影响 5.5 保证和提高加工精度的途径 5.6 加工误差的统计分析法 5.7 点图分析法 5.8 质量管理图,一、精度的概念 加工精度： 加工误差： 理想零件参数：尺寸、形状、位置,§5.1 机械加工精度概述,二、获得加工精度的方法 1、 2、,试切法加工,调整法加工,定尺寸刀具法加工,轨迹法加工,成形法加工,展成法加工,3、,三、影响加工精度的因素 1、原理误差：采用近似加工原理或近似刀具切削刃形状 2、安装误差：定位误差、夹紧误差、夹具本身误差 3、调整误差：调整方法与调整时的测量误差等 4、测量误差：量具本身、方法、温度 5、工艺系统的制造精度和磨损 6、工艺系统的受力变形 切削力、传动力、重力、离心力、夹紧力 7、工艺系统的受热变形 切削热、环境、运动、电机,§5-2 工艺系统的制造精度和磨损 对加工精度的影响,一、机床主轴的回转精度及其对工件精度的影响 1、主轴回转精度的概念 回转动态过程 理想回转中心：在主轴的任一界面上有一点O其速度始终为V0 瞬时回转中心：实际存在的一个变动的回转中心 瞬时回转轴线：各瞬时回转中心连线 t时间，转角,瞬时回转中心相对于理想回转中心的位置变动量,误差敏感方向：经过刀具刀刃的切削点又垂直于已加工表面的方向。误差敏感方向上的误差对工件加工精度影响很大，而垂直于该方向的误差则影响很小。 主轴回转精度：主轴回转轴线在回转时相对其平均轴线的变动量在误差敏感方向的最大位移值。,径向跳动,轴向跳动,摆动,2、主轴回转精度的分析 主轴径向跳动分析 滑动轴承 轴颈圆度、轴瓦内孔圆度及其配合,工件回转类,刀具回转类,主轴几何轴线径向跳动产生的加工误差,滚动轴承 此外， 造成主轴轴向窜动的原因,轴承间隙 对主轴轴线位置的影响,推力轴承 端面跳动的影响,接触点为误差 的变化，取决于 B滚动轴承 与上述类似，同时滚动体影响,A滑动,主轴回转轴线的轴向跳动将产生加工端面的平面度误差,主轴轴向跳动引起的加工误差,3、主轴回转精度的测量 表测法 双向测量法（捷克VUOSO）刀具回转 当没有回转误差时，间隙变化为 示波器上为,示波器上光点的向径 为常数。 当主轴有偏差时 示波器上， 向径为,坐标变换，使x与e重合 是 与 的和， 即示波器银屏变化 不能反映误差，只有e=0 或 才能真正反映。 李沙育图，其半径差为主轴回转精度。,这种方法适合刀具回转型机床的主轴 回转精度测量，如镗，而不适合车床,测量镗床 主轴回转精度,钢球安装偏心 对测量的影响,单向测量法（美国LRL法） 测定车床主轴回转精度的方法,传感器 传感器 K0K 传感器 示波器输入信号 向径为 当 S=0 时， 当 S0 时,放大K倍,放大K0倍,4、获得高圆度工件的方法 高精度主轴车床 补偿 使主轴误差不反映到工件上,二、直线运动精度对工件精度的影响 1、机床导轨精度指标 运动在水平面内的直线度 运动在垂直平面内的直线度 前后导轨的平行度（扭曲） 2、机床导轨误差对加工精度的影响 普通车床 水平面直线度：1：1 影响纵截面形状 垂直面直线度：属误差不敏感方向，影响较小 扭曲影响：可分解为水平、垂直,车床导轨扭曲对工件形状的影响,外圆磨床：与车床相同。但由于要求高，采用工作台转角 龙门刨床：就地刨 镗：,3、导轨运动误差的来源 新机床导轨的制造精度 磨损材料表面处理，润滑 安装精度地基， 找正 三、机床的几何精度对加工精度的影响 几何精度各成形运动在空间的相互位置准确性 车外圆,误差具体形状具体分析,车端面回转轴线与导轨不垂直凸面，凹面 镗孔 铣平面 滚齿机,四、机床的传动精度及对加工精度的影响 1、机床传动精度分析,五、机床的定位精度对工件精度的影响 定位精度：工作台从一个位置移动到另一个位置的准确度 1、进给机构的传动精度 主要取决于选用的进给机构型式及进给机构的传动精度,2、进给与测量分开时的测量精度 原理误差阿贝误差被测的与实际的不在一条直线上产生的误差 3、爬行误差 解决办法,六、刀具、夹具、量具的制造精度和磨损对工件影响 1、刀具的制造精度和磨损的影响 尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨损对加工精度的影响 钻头、绞刀、镗刀块、拉刀影响尺寸磨损后不能重修复 滚刀、插刀、成形车刀影响形状重磨 一般刀具的磨损对加工精度的影响 如车刀、镗刀、铣刀等，制造精度不会影响加工尺寸，但磨损则产生影响,一：起始磨损，非线性 二：正常磨损， 三：快速（剧烈）磨损,三个阶段,减少影响方法,砂轮的磨损及修复（快、与硬度有关） 2、夹具的制造精度和磨损 夹具的制造精度和磨损影响工件的精度 3、量具 测量误差为工件公差的 ，最多,§5-3 工艺系统的 受力变形及其对工件精度的影响,一、基本概念 1、变形现象,车棒,车长轴,磨孔,2、概念 刚度：物体或构件受外力后抵抗变形的能力 工艺系统的刚度：在误差敏感方向上的分力py与在此方向上刀具对工件的变形（位移）量y的比值 静刚度：在静态条件下静力与变形的比值 动刚度：某一频率范围内产生单位振幅所需的激振力幅值,二、机床部件刚度特点及影响因素,车床刚度的单向静测定,1、部件变形过程与刚度曲线特点 （1）加载变形曲线不成线性 有预紧力，当载荷 有刚性很差的零件，当该 大于力时，K变小 零件变形减小时，K增大 （2）正反加卸载变形曲线 不重合,塑性变形摩擦力等消耗能量,（2）正反加卸载变形曲线 不重合 （3）多次重复加载变形曲线 第一次加载“磁滞”现象严重，以后减小 加、卸载曲线接近，起始点重合,塑性变形摩擦力等消耗能量,（4）部件刚度曲线特点 力和变形不是直线性，不符合胡克定律部件变形不纯粹是弹性变形 加载与卸载曲线不重合 当载荷去除后，变形不能恢复原点有塑性变形。反复加载后，残余变形减到0，重合 部件刚度远比想象小,2、影响部件刚度的因素 接触变形 个别薄弱环节 连接夹紧力的影响 摩擦力 间隙影响 变形的复合性,两零件接触面接触情况,间隙对刚度影响曲线,机床刚度中薄弱环节,三、工艺系统的刚度 工艺系统总变形及合成刚度为 而 因此，有,四、工艺系统受力变形对加工精度的影响 1、由于切削力产生的系统变形对加工精度的影响 （1）由于切削点位置的变化引起的刚度、变形变化而产生的形状误差 工件短粗，刚度高鞍形,P尾,力： 位移：,此时刀架变形为 因此， 当 当 当,工件细长鼓形 和 时， 时，最大，为,刚度在该工件轴向的各个位置是不同的 加工后工件各横截面的直径尺寸也不同 形状误差（锥度、鼓形、鞍形等）,（2）由于工件加工余量不均或其他原因 导致切削力变化变形变化引起形状尺寸误差 对于椭圆毛坯：切深大力大变形大椭圆,毛坯的形状误差，圆度、圆柱度、平面度等都以一定误差复映成工件的加工误差，这是由余量不均引起的 采用多次走刀减小误差复映 调整法加工时，毛坯大小不一工件尺寸分散计算误差复映,误差复映,2、由于夹紧力、重力等产生的系统变形对加工精度影响 （1）由于工件的夹紧变形引起的加工误差,床身导轨面,应用,薄板零件的磨削,（2）由于重力所引起的加工误差,重力引起机床变形,五、由于内应力产生变形对加工精度影响 内应力：零件在没有外加载荷作用下，加工后内部存在的应力成为残余内应力，称为。 工件在铸、锻、切削后内部应力相互平衡 一旦外界条件变化平衡破坏变形,1、内应力的产生 毛坯：工件壁厚不均 工件切削内应力 热处理 校直 2、内应力的减少和消除法 时效处理：天然、人工 铸、锻件结构，应壁厚均匀，不能差太多 零件的结构主要考虑港督问题 机械加工时，注意减少切削力 尽量不采用冷校直,六、机床刚度的测定 1、机床刚度的静测定法 单向加载测定法：不能反映切削状态；只加载 力，而 都对刚度有影响 三向加载测定法：三向加载，三向测力,2、用生产法测定车床刚度按误差复映原理进行的,3、接触刚度的测定,七、提高工艺系统刚度的措施 1、选用合理的零部件结构和断面形状 封闭式箱型结构、空心结构（断面面积不变）,2、提高连接表面的接触刚度 提高连接面几何形状精度降低表面粗糙度，施加预载荷 3、采用正确的装夹方式 4、提高加工时刀具的刚度 悬伸短、刀杆、导向套、导向杆 5、减小接触面 6、工件刚度低时，缩短切削力与支承点的距离 车中心架、跟刀架,§5-4 工艺系统热变形及加工精度的影响,一、工艺系统热源与热平衡 1、工艺系统热源 2、工艺系统热平衡 散出热量=传入热量热平衡温度不变变形稳定,二、机床热变形对加工精度的影响 1、机床的温升与热平衡 机床各部件达到热平衡的时间不同，热容量大的需要的时间长 2、各类机床热变形及其对加工精度的影响 （1）车、铣、镗床类机床的热变形 主轴箱发热箱体、机床发生变形和翘曲，从而主轴的位移和倾斜,（2）磨床的热变形 砂轮轴承和液压系统 （3）导轨磨床、龙门刨床的热变形 床身的热变形,3、减少机床热变形对加工影响的措施 （1）结构设计措施 热对称结构设计单柱改双柱 使关键件热变形在误差不敏感方向移动 合理安排支承位置，使热位移有效部分缩短 对发热大的热源采用足够的冷却措施 改善轴承的润滑条件 隔离热源 油池和冷却液箱独立变形 均衡关键件温升,（2）工艺措施 安装机床的区域保持恒定环境温度 均布加热器，取暖，门帘，不靠窗照射 机床达到热平衡状态后再加工 空转一段时间热平衡不断续加工 精密机床恒温室 严格控制切削用量以减少工件发热 三、工件热变形对加工精度的影响 1、工件热变形及其对加工影响,典型工件的热变形分析,薄片状零件的热变形 轴类零件的热变形 长径比大的零件，如丝杠、细长轴等，受热伸长，不能忽视 2、减少工件热变形对加工精度影响的措施 充分冷却，降低切削温度 提高切削速度和进给量 工件精加工前充分冷却 经常刃磨和修正刀具和砂轮 使工件在紧张状态下有伸缩自由,四、刀具的热变形及对加工精度的影响 1、刀具连续工作时的热变形 2、刀具断续加工时的热变形,五、减少工艺系统热变形办法 1、减少热源产生热量 采用低速小用量切削减少切削热和摩擦热 2、控制热源的影响 采用冷却、恒温等手段 3、从结构上减少变形 机床： 工件：尽量避免薄壁、薄片、空心等易热变形的结构（实心容量大） 刀具：减少悬伸长度，控制热变形方向不在敏感方向 4、进行综合补偿及校正,§5-5 保证和提高加工材料精度的途径,一、直接消除或减小原始误差的方法,细长轴车削时的受力情况和变形状况,大进给量反向切削法加工细长轴,进给方向由卡盘向尾座方向，后面采用浮动活顶尖 采用大进给量和大主偏角车刀,采用浮动活顶尖缓解工件热伸长 将工件的卡盘端车出一缩颈，消除轴心线歪斜影响 二、补偿或抵消原始误差的方法 人为的造成一种新原始误差去抵消原来的误差，正误差用人为的负误差去抵消，负误差用人为的正误差去抵消，两者大小相等，方向相反。 用人为误差抵消装配后因自重产生变形 精加工磨床