第七章：机械加工精度综述.docx

第七章：机械加工精度本章提要本章讨论的内容有机械加工精度的基本概念、影 响加工精度的因素、加工误差的综合分析及提高加工 精度的途径四个方面具体要点如下 ：误差敏感方向的概念；原理误差 的定义；机床导轨误差相对加工误差的敏感性的判断； 给定条件下的工艺系统受力变形分析；误差复映的基 本概念；工艺系统均匀和非均匀受热变形的定性分析； 加工误差的分类；分布曲线法的作用，工艺能力系数 的概念7.1.机械加工精度的基本概念7.1.1.加工精度与加工误差 加工精度：零件加工后的实际几何参数 （尺寸、 形状和位置 ）与理想几何参数相符和程度 零件加工 后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度称 为加工误差7.1.2.研究加工精度的方法 研究加工精度的方法的一般有两种：一是因素 分析法（通过分析计算或实验、 测试等方法， 研究某一确定因素对加工精度的影响一般不考虑其它因 素的同时作用，主要是分析各项误差单独变化规 律）二是统计分析法（运用数理统计方法对生产中 一批工件的实测结果进行数理处理，用以控制工艺 过程的正常进行主要是研究各项误差综合的变化 规律，只适用于大批、大量的生产条件）72影响加工精度的因素零件的机械加工是在由机床、夹具、刀具和工件 组成的工艺系统中进行的。

工艺系统中凡是直接引起加工误差的因素都称为原始误差原始误差的分类归纳如下:加工前的误差工艺系统静误差力口工原理误差 调整误差 工件装夹误差 机床误差 夹具误差 刀具制造误差原始误差加二过程中的误差工艺系统受力变形 工艺系统热娈形 刀具磨损工艺系统动误差加工后的误差内应力引起的变形 测量误差图7.1为活塞销孔精镗工序中的各种原始误差:*图7.2以车削为例说明原始误差与加工误差的关系 图中实线为刀尖正确位置，虑线为误差位置KI 7-2亟始误蔓用加工饯述詰关累P195公式 7.1 ? R=?z2 / 2R （图 a R2+?Z2=（ R+? R）2）P195公式 7.2 ? R'=? Y（图 b）当？Y=?Z时，法向加工误差大，而切向加工误差 极小,以致可以忽略不计因此把对加工误差影响最大的那个方向（即加 工表面的法线方向）称为 误差敏感方向7.2.1.加工原理误差*加工原理是指加工表面的形成原理 加工原理误差是由于采用了近似的切削运动或近似的切削 刃形状所产生的加工误差例如：齿轮滚刀一有近似造形原理误差（为便于制 造，用阿基米德或法向直廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆） ；二 有包络造形原理误差 （由于滚刀刀刃数有限，因而切削不连续， 包络而成的实际齿形不是渐开线，而是一条折线）。

7.2.2.机床误差机床误差是指在无切削负荷下，来自机床本身的 制造误差、安装误差和磨损722.1主轴回转误差⑴主轴回转误差的概念图7. 3机床主轴回转溟羞的英矗“）址暮向跳动I仙）摊・向瑕曲翱丽崖S?型 【理拡回转轴炕X-实际回转舷縊（图7.3机床主轴回转 误差的类型）纯径向跳动：实际回转轴线始终平行于理想 回转轴线，在一个平面内作等幅的跳动纯轴向跳动：实际回转轴线始终沿理想回转 轴线作等幅的窜动纯角度摆动：实际回转轴线与理想回转轴线始终 成一倾角，在一个平面上作幅摆 动，且交点位置不变由于主轴回转误差总是上述三者的合成造成主 轴回转误差的主要因素与主轴部件的制造精度 有关3 7-4谁动卑駆的几対误墓孔石壇琨舉同处”肿堰道不凰订訂滾道盲坡ahuon和律曲不圏与尺寸整（图7.4滚动轴承的几何误差） ⑵主轴回转误差对加工精度的影响7.5〜图7.8和表7.1不同型式的主轴回转误差对加工精度的影响是 不同的；而同一类型的回转误差在不同的加工方 式中的影响也不相同如图 所示图7.5车削时纯径向跳动 图7.6镗孔时纯径径向跳动H 7.7主轉轴向毎动对嫌面加工馆度的雷响HT.t乩竊寓H4l購■几的■«!图7.7主轴轴向窜动 图7.8纯角度摆动表7.1机床主轴回转误差产生的加工误差»7rl机应主・・輯*畫产鑿的埔工鼻・ ■:農上■常内■占・惯鶴拎內・址*#11 +JtW4■XU*4CRA臺直削逢診ML•證■距*井T«flUI£7222导轨误差*⑴导轨在垂直面内的直线度误差卧式车床或外圆磨床的导轨垂直面内有直线度 误差」：Z(图7.9(a)),是误差非敏感方向，可忽略 不计。

平面磨床、龙门刨床这时是误差敏感方向, 所以导轨误差将直接反映到被加工的零件上⑵导轨在水平面内的真线度误差Y，见图 7.9(b)图7.9导轨的直线度误差⑶前后导轨的平行度误差图7.10前后寻轨平行度误差见图7.10，若前后导轨的平行度误差为 Z ,则零件的半径误差为：H丄 R ：：： -■ Y = ■ Z —B一般车床H B 2'3,外圆磨床H B 1因此这 项原始误差对加工精度的影响不能忽略⑷导轨与主轴回转轴线的平行度误差 若车床导轨与主轴回转轴线在水平面内有平行 误差，车出的内外圆柱面就产生锥度；若在垂直 面内有平行误差，则圆柱面成双曲线回转体 （图7.11）,因误差非敏感方向故可略医7^11车压轡规与主曲回植維战祀握宜fil内的平产生的毎工逞雄图7.11车床导轨与主轴回转轴线在垂直面内的平行度误差产生的加工误差7223传动链误差传动链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7.2.3.工艺系统受力变形723.1工艺系统刚度工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、重 力和惯性力等外力作用下，使零件产生加工误 差例如图7.12(a车细长轴，图7.12(b)车削粗 短工件时，图7.12〔 c〕所示在车床加工薄壁零 件的内孔。

— rDf.l±工量力覺■户主16二图7.12工艺系统受力变形的产生加工误 差工艺系统刚度是指切削力在加工表面法的 分力Fx与Fy、Fy、Fz同时作用下产生的沿法向 的变形Y系统之间的比值：K系统=Fy丫系统式中Y系统：工艺系统刚度，N/mmFy：法向切削力，N;K系统：工艺系统法向变形，mm刚度的倒数称为柔度C(mm/N)C = 1 = 丫系统K系统 fY由于力与变形一般都是在静态条件下进行考虑和测量的，故上述刚度、柔度分别为静刚度和静柔度为分析工艺系统各组成部分的变形规律及其特点，现介绍工艺系统各组成部分⑴零件的刚度形状规则、简单的零件的刚度可用有关力学 公式推算⑵机床部件的刚度机床部件的受力变形主要影响是间隙、 油膜 层和薄弱零件变形其刚度远比单个零件小，一 般用实验方法测定图7.15和图7.16为实验原 理和分析图图化13机床韶件 刚度的蒲弱环节（图7.13机床部件刚度的薄弱环节）® ' H 4忡盘自血帛托售期域#评豈力空爭间黑芸乐图7.14部件受力变形和各组成零件受力变形间的关系） — £P~I氏"15车麻X環■.头賂架 羊向椁刚匪腐试1—心« am力as 讲为环：（图7.15车床刀架、头尾架单向静刚度测度）图人“ 车痢R蒂静刖直曲隸图7.16车床刀架静刚度曲线⑶工艺系统的刚度丫系统二丫机床丫夹具丫刀具丫工件 式中丫机床：机床变形量，mm 丫夹具：夹具变形量，mm 丫刀具：刀具变形量，mm 丫工件：工件变形量，mm 而工艺系统各部件的刚度为：丫夹具FyK夹具丫系统FyK系统丫机床二FyK机床丫刀具=FyK刀具丫工件=FyK工件式中 K机床：机床刚度，N/mmK夹具：夹具刚度,N/mmK刀具：刀具刚度，N/mmK工件：工件刚度，N/mm 工艺系统刚度为：11111 = + + + K系统 K机床K夹具K刀具K工件K系统11 1 r~—+—+—+ —K机床K夹具K刀具K工件7232工艺系统受力对加工精度的影响*⑴切削过程中力作用位置的变化对加工精度的影响(见图7.18)■ -*■ 1i ——i厂 ■ '17,r* XLS 7-18车廉受力变形的蛆成图7.18车床受力变形的组成工艺系统刚度在沿工件轴向的各个位置是 不同的。

所以加工后工件各个横截面上的直径尺 寸也不相同，造成加工后的形状误差零件细长 时，产生如图7.12(a)呈鼓形的加工误差工件粗 而短时，产生如图7.12（b）呈鞍形的加工误差图7.19表示内圆磨床、卧式镗床上加工时工艺系统 受力变形随受力点位置变化而变化的情况必由E3.V!賦如工？ 卧式盘库龍工图7.19工艺系统受力位置变化时的变形⑵切削过程中受力大小变化对加工精度的影响图7.20为车削有椭圆形圆度误差的短圆 柱毛坯外圆，刀尖调整到要求尺寸 （图中虚线位置），在工件的每一转中切深由毛坯长半径的最 大值api变化到短半径的最小值ap2时，切削力也 就是由最大的FY1变化到最小的FY2，由Y = FyK可知切削力变化引起对应的让刀变形Y］、丫23LplHI 7.20毛览足状泯基帖划敕图7.20毛坯形状误差的复映工件K系统C毛坯式中 C二Cfy f Yfy Kfy :径向切削力 系数为常数(N/mm)；:为误差复映系数7.24工艺系统的热变形*7.241机床热变形对加工精度的影响图7.21(a)是车床的热变形趋势，图7.21(b)万能铳床的热变形趋势a)图7-21几种机航的热蜚趣趋势 车床的叢变甲，仙)万腮就麻的热啞形图7.21几种机床的势变形趋势7.242刀具的热变形对加工精度的影响刀具热变形的热源是切削热，图7.22, 车刀的热伸长中连续工作曲线 A时即佃n朗7•號车刀的热伸谊■£<脂卑卑案代占 ・I -7243工件的热变形对加工精度的影响 工件热变形的热源主要是切削热。

当加工 较短零件时，由于走刀行程短，可忽略轴向热变 形引起的误差；当车削较长零件时，在沿零件轴 向位置上切削时间有先后，开始切削时零件温升 为零，随着切削的进行零件受热膨胀，到走刀终 了时零件直径增量最大，因此车刀的切深随走刀 而逐渐增大，零件冷却之后会出现圆柱度误差7.2.5.工件残余应力引起的变形73加工误差的统计分析7.3.1.加工误差的分类*加工误差按其性质的不同可归纳为：系统误 差和随机误差 （也称偶然误差 ）7.3.1.1.系统误差 在连续加工一批零件时， 加工误差的大小 和方向基本上保持不变， 称为常值系统误差； 如 果加工误差是按零件的加工次序作有规律变化 是，则称为 变值系统误差 原理误差，机床、刀 具、夹具、量具的制造误差及调整误差，工艺系 统静力变形等 原始误差都会引起常值系统误 差刀具的正常磨损是随着加工过程 （或加工时 间）而有规律地变化的，由此产生的加工误差属 于变值系统误差 （工艺系统的热变形，在 温升过 程 中，一般将引起 变值系统误差 ，在达以热平衡 后，则又引起。