现代制造理论与技术一(机械加工精度).ppt

1,现代制造理论和技术 学分 3机械工程学院,2,第一部分主要内容第1章 机械加工精度 第2章 机械加工表面质量 第3章 精密及超精密加工理论与方法 第4章 高速加工技术 第5章 机械制造过程中的建模与分析,3,1 机械加工精度,1.1 机械加工精度的概念1.2 研究加工精度的意义1.3 加工误差的分类1.4 影响加工精度的工艺因素分析1.5 工艺系统刚度及受力变形1.6 工艺系统的受热变形1.7 研究机械加工精度的方法参考文献：哈尔滨工业大学, 上海工业大学主编. 机械制造工艺理论基础. 上海科学技术出版社, 1983王先逵. 机械制造工艺学(上册). 清华大学出版社, 1989,4,1.1 机械加工精度的概念机械零件的加工质量包括：1. 几何参数方面的质量(1)尺寸精度—如长度、宽度、高度及直径等；(2)几何形状精度—如圆度(含椭圆度、棱圆度)、锥度、圆柱度(含桶形度)、鞍形度、平面度及平直度等；(3)位置精度—如平行度、垂直度及同轴度等表面微观几何形状：表面粗糙度和表面波度5,2. 物理机械参数方面的质量主要指零件加工后表面物理层的物理机械性质，即加工表面层的特性，如：硬度、冷硬深度、冷硬强度、金相组织变化、残余应力、强度、延伸率、冲击韧性、密度、导热性、抗蚀性及耐磨性等。

由此可见，零件的加工精度仅是加工质量的一个方面6,机械加工精度—是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状、位置)与理想几何参数的符合程度，它们之间的偏差即为加工误差7,从前面的介绍可知，加工精度包括：尺寸精度、形状精度和位置精度三个方面零件这三个方面的精度是相互联系的，没有一定的形状精度，尺寸和位置精度是难以保证的对于一般机械加工，几何形状误差约占尺寸误差的30~50%，即是说，几何形状精度应高于尺寸精度，位置精度在大多数情况下也应高于尺寸精度8,1.2 研究加工精度的意义机械加工精度是加工质量的重要组成部分，它对保证产品质量，提高生产率，降低成本都有十分重要的意义9,1. 减少损失，提高经济效益对大批大量生产，研究分析质量控制，防止因加工误差超差而产生的损失；对单件小批生产的贵重零件加工，分析其加工精度，可保证质量，获得良好的经济效益；2. 分析影响因素，控制加工精度寻求精度规律，分析影响精度的工艺因素，提高控制加工精度的能力；3. 研究各种加工方法的经济精度，正确选择加工方法10,1.3 加工误差及分类1. 精度与误差的概念精度和误差是对同一问题的两种不同说法，所谓精度，是对一定尺寸、形状、位置的精确程度。

而误差，是对一定尺寸、形状、位置的相差程度误差是精度的度量研究加工精度的本质就是研究误差的控制规律,11,误差的性质,误差的状态,误差的分类,,2. 误差的分类,系统误差 随机误差,静态误差 动态误差,,,,常值系统误差 变值系统误差,12,(1) 系统误差与随机误差 系统误差—误差的大小和方向均已掌握的误差，称为系统误差它可以用代数和来进行综合A. 常值性系统误差—误差的数值不变，如：采用近似加工方法所带来的加工理论误差；机床、刀、夹、量具的制造误差导致的加工误差；B. 变值系统误差—误差的大小和方向按一定规律变化，也可按非线性变化，如：刀具正常磨损时，其磨损值与时间是线性正比关系，便是线性变值系统误差；刀具受热伸长，其伸长量和时间是按指数曲线关系，是属非线性变值性系统误差，但它们的规律都是已掌握的13, 随机误差—没有掌握误差规律的加工误差(也有可能掌握了大小而未掌握方向，或者掌握了方向而未掌握大小)，它们不能用代数和进行综合，只能用数理统计方法来处理内应力重新分布引起的工件变形，零件毛坯材质不匀所引起的变形，都是随机性误差14,(2) 静态误差与动态误差从误差是否与切削状态有关来分，可分为静态误差与切削状态误差。

静态误差—工艺系统在不切削状态下所出现的误差，如：机床的几何精度和传动精度等；动态误差—工艺系统在切削状态下所出现的误差（切削状态误差），如：机床在切削时的受力变形与受热变形等；工艺系统振动状态下所出现的误差15,1.4 影响加工精度的工艺因素分析工艺系统(由机床、刀具、工件组成的切削系统)在加工零件时，分析其与加工有关的误差来源、影响加工精度的工艺因素，可归纳为以下七项：1. 原理误差2. 安装误差3. 工艺系统的制造精度与磨损4. 工艺系统的受力变形5. 工艺系统的受热变形6. 调整误差7. 度量误差,16,1.4.1 加工原理误差及对零件加工精度的影响由于采用了近似的刀具形状，或近似的加工运动而造成的误差 1. 采用近似的刀具造成的加工误差 (1) 获得零件形状精度的方法轨迹法—依靠刀尖运动轨迹来获得所要求的表面几何形状，如图所示刀尖的运动轨迹，取决于刀具和工件的相对运动(成形运动)，表面几何形状的精度，就取决于成形运动的精度；,17,轨迹法获得零件形状,18, 成形法—采用成形刀具加工获得要求的表面几何形状的方法，如图1-2所示表面形状的精度取决于成形运动与刀刃形状的精度；,成形法获得表面形状,19, 展成法—采用近似刀具与工件作啮合运动获得齿形的方法，如图所示。

展成法获得齿形,20,(2) 采用滚刀或模数铣刀加工渐开线齿轮所造成的误差 滚刀切削渐开线齿轮所造成的误差用滚刀切削渐开线齿轮时，滚刀应为一渐开线蜗杆，但实际上，为了制造方便，而用阿基米德蜗杆代替，这就产生了加工原理的误差21,用模数铣刀加工渐开线齿轮所造成的误差理论上，同一模数不同齿数的齿轮应有相应的模数铣刀，但实际加工中是用一把模数铣刀加工同一模数一定范围齿数的齿轮为了避免齿轮啮合时的干涉，每一刀号的模数铣刀都是按最少齿数的齿形来进行设计的，因此，在齿形上对加工其它齿数齿轮时就会产生齿形误差，如表1-1所示22,表1-1 用模数铣刀加工渐开线齿轮,23,2. 由于采用近似的加工运动方法所造成的误差(1) 用展成法切削齿轮当用滚刀切削齿轮、花键轴时，是利用展成法原理为了得到切削刃口，在滚刀上形成了刀齿，且刀齿是有限的，只能是断续切削齿轮的齿形是各个刀齿轨迹的包络线所形成，是一条近似的折线，如图1-5所示，这就产生了齿形误差24,用展成法切削齿轮,25,(2) 用近似传动比切削螺纹在车削或磨削模数螺纹时，由于模数螺纹的导程：t=πm式中m是模数由于公式中有π这个因子，在用配换齿轮来得到导程数值时就会产生理论误差。

26,1.4.2 工艺系统的制造精度和磨损及对加工精度的影响1. 机床的制造精度与磨损(1) 主轴系统的回转精度① 回转精度概念及其表现形式机床主轴工作时，其回转轴线的空间位置在每一瞬间都是变化的，实际回转轴线相对于理想(平均)回转轴线接近的程度，即为主轴的回转精度，其变化值相对于理想回转中心的差值，即为主轴的回转运动误差27,回转精度表现形式有径向跳动、轴向窜动、摆动回转精度表现形式,28,回转精度表现形式,29,主轴的回转误差对加工精度的影响 A.主轴的径向跳动(以车削为例)，使工件半径发生变化，影响工件的圆度；B.主轴的轴向窜动，影响内外圆对端面的垂直度，车削螺纹时产生螺距误差；C.主轴摆动，影响工件的圆度及圆柱度30,注意几点：★ 主轴在回转时，其回转轴线的空间位置相对于理论回转轴线产生了位移，但这位移是稳定的，不是随主轴的回转而瞬间变化，整个主轴是绕一固定轴线回转；★ 刀具相对于主轴实际回转轴线的位置是不变的，因此，不会影响工件的圆度；★ 如果主轴实际回转轴线与理论回转轴线不平行，工件将产生锥度；★ 轴的三种误差运动，通常可归结为径向跳动和轴向窜动两个指标，摆动可纳入径向跳动之内。

31,② 造成主轴径向跳动的原因分析主要原因是轴颈的精度与轴承的精度分析对工件的影响时，着重分析误差敏感方向(指对加工精度影响最大的那个方向，即通过刀刃的加工表面的法向对加工精度影响最小的那个方向，即通过刀刃的加工表面的切向，则称为误差的不敏感方向)南京理工大学机械工程学院,32,主轴轴承,南京理工大学机械工程学院,33,主轴轴承,南京理工大学机械工程学院,34,主轴轴承,南京理工大学机械工程学院,35,主轴轴承,南京理工大学机械工程学院,36,主轴滑动轴承,37,A.滑动轴承时的主轴径向跳动,38,★ 车削情况—因主轴带动工件回转，刀具无回转运动，切削力方向不变，即误差敏感方向不变，故主轴轴颈有椭圆度误差时，主轴产生径向跳动会直接将椭圆度误差反映在工件上而轴承内孔有椭圆度误差时，对工件的影响很小 ★ 镗削情况—因主轴带动镗刀杆回转，工件无回转运动，切削力方向随主轴的回转而变化，误差敏感方向也随切削力方向变化而变化，故轴承内孔的形状精度对工件的形状有影响，而主轴颈有椭圆度误差却对工件的影响很小39,B.滚动轴承时的主轴径向跳动 ★ 外圈和内圈的滚道形状精度和位置精度对主轴径向跳动的影响与滑动轴承类似。

车削时，内圈滚道的精度影响大，镗削时外圈滚道的影响大； ★ 滚动体的形状精度和尺寸一致性，会造成主轴的径向跳动；,★ 轴承间隙也会影响主轴的径向跳动40,B.滚动轴承时的主轴径向跳动 ★ 外圈和内圈的滚道形状精度和位置精度对主轴径向跳动的影响与滑动轴承类似车削时，内圈滚道的精度影响大，镗削时外圈滚道的影响大； ★ 滚动体的形状精度和尺寸一致性，会造成主轴的径向跳动；,★ 轴承间隙也会影响主轴的径向跳动滚动轴承滚动体的形状精度和尺寸一致性对主轴径向跳动的影响,41,③ 造成主轴轴向窜动的原因分析A. 滑动轴承情况—主要是主轴轴颈的轴向承载面和主轴箱体孔轴承承载端面的精度所引起从图可知：主轴的轴向窜动决定了轴承承载端面和主轴轴颈的轴向承载面这两者中精度较高的一个，只要两者中有一个精度非常高，则主轴的轴向窜动就可以非常小42,B. 滚动轴承情况—决定于两个滚道的精度和滚动体的精度图1-11 滚动轴承情况,43,④ 回转精度的测量一般精度的主轴：用百分表或千分表直接测量主轴外圆以确定其径向跳动，测端面以确定其窜动；精密主轴：用位移传感器配合高圆度的圆球或圆环进行测量44,A. 单向测量法单向测量法适用于车床类误差敏感方向固定不变的主轴回转精度的测量。

在主轴端部装一个高圆度的圆球或圆环，用一个位移传感器在水平方向测量其径向跳动由于只有一个位移传感器，因此，这种测量方法必须要基准圆发生器45,B. 双向测量法 这种方法适合误差敏感方向回转变化的机床主轴回转精度的测量，如镗床,在主轴端部装一个高圆度的圆球或圆环，用两个位移传感器分别在X、Y方向测量其径向跳动，它们的向量和就是该时刻总的径向跳动46,两种方法测得的李沙育图形其中:ΔRmin为主轴回转轴线径向跳动量，它影响工件的圆度；B为图形轮廓线宽度，表示随机径向跳动，它影响工件的表面粗糙度47,⑤ 提高机床主轴回转精度的方法A.设计和制造精密轴系；B.减少主轴误差传到工件上，如磨床主轴采用固定顶尖结构；C.高速运动主轴要进行动平衡48,(2) 机床导轨的几何精度机床导轨的几何精度主要是形状精度和位置精度两个方面① 导轨在垂直面上的纵向平直度,以车床和镗床为例，这项精度是指床身导轨与机床主轴在垂直面上的平行度，其最终表现是刀具的中心高发生变化因该方向的误差是非敏感方向，故对工件的尺寸精度影响很小造成导轨在垂直面上不平直的原因，除制造精度本身外，就是导轨的磨损49,② 导轨在垂直面上的横向平直度这项精度指床身前、后导轨不在同一水平面上，从而使刀架产生倾斜(扭曲)，,Y= aH/B 式中：H—中心高 B—前后导轨间的宽度 Y—由于前后导轨高度差使工件尺寸在半径上的变化值a—前后导轨的高度差,50,③ 导轨在水平面内的平直度对车床类机床来说，这项精度在工件的径向，故将一比一地影响工件的加工精度。

④ 引起导轨变形的因素机床导轨热变形是引起导轨精度降低的主要原因；导轨润滑不周，对运动的直线性也有影响；机床导轨的精度，除与制造精度有关外，还与机床地基安装、调整有密切关系；而机床导轨的磨损，是使机床丧失精度的重要原因之一。