第5章--机械加工精度1..ppt

第5章机械加工精度,工艺系统存在误差就会产生加工误差，因此将工艺系统的误差称为原始误差。,工艺系统几何关系误差,刀具误差,测量误差,工艺系统受力变形,工艺系统受热变形,工件残余应力引起变形,加工原理误差,机床误差,夹具误差,5.1工艺系统的原有误差,工艺系统原有误差是指工件相对刀具位置以及相互运动关系不准确而产生的误差。,一、加工原理误差,是由于采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工所产生的误差。,1.采用近似的刀具轮廓加工产生的原理误差,采用阿基米德蜗杆滚刀加工渐开线齿轮会产生误差,用模数铣刀铣削渐开线齿轮产生原理性误差,2.采用近似的成形运动产生原理误差,（1）近似成形运动,（2）采用近似的传动关系,切削模数蜗杆；蜗杆的螺距,配换齿轮时,产生误差。复杂曲面、曲线加工时采用直线或曲线逼近法加工产生误差。,二、机床的制造精度与磨损,机床精度取决于机床的制造误差、使用过程的磨损和机床的安装。,（一）主轴回转误差,1.回转误差的概念,主轴的回转精度：主轴的实际回转轴线相对于平均回转轴线的漂移。主轴的回转运动就是绕其理想轴线的漂移运动。主轴实际回转轴线相对其平均轴线的位移称为回转误差，因为这一误差运动是一个连续变化的运动，所以也称其为回转轴的误差运动。,径向跳动：瞬时回转轴线始终作平行于平均回转轴线的径向运动。,轴向窜动：瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向周期的轴向运动。,角向摆动：瞬时回转轴线与平均回转轴线成一角度，其焦点位置固定不变的运动。,主轴回转时常常是以上三种基本形式的合成动。,2.主轴回转运动精度的影响因素,因素：轴承精度；主轴精度；床头箱体上的主轴孔精度。,(1)滑动轴承支承的主轴,以工件旋转的车床类机床，主轴轴颈的圆度误差是影响主轴径向跳动的主要因素，轴承孔的影响很小。,对于刀具旋转的镗床类机床，影响主轴径向跳动的是轴承孔的圆度误差。,主轴前、后轴颈不同轴或有圆度误差使主轴产生角向摆动。,当两轴承孔不同轴或有圆度误差使主轴产生角向摆动。,主轴轴向窜动：由主轴轴颈轴向承载面和主轴箱体孔轴承承载面的误差决定。,（2）滚动轴承支承的主轴,以工件旋转的车床类机床，轴承内圈外滚道圆度误差是影响主轴径向跳动的主要因素，轴承外圈内滚道圆度误差的影响很小。,对刀具旋转的镗床类机床，轴承外圈内滚道圆度误差是影响主轴径向跳动的主要因素，轴承内圈外滚道圆度误差的影响很小。,影响的程度比滑动轴承小得多。,滚动体的影响,图5-5滚动体尺寸对主轴径向跳动影响,轴承间隙影响：,推力轴承滚道端面跳动造成主轴轴向窜动,安装滚动轴承的轴颈，安装轴承外环的内孔不圆，将引起内、外环的变形使滚道不圆，产生轴向径向跳动。箱体的前、后轴承孔，主轴前、后轴颈同轴度误差，会使滚动轴承内、外圈倾斜，产生轴向窜动和径向跳动。,图6-7推力轴承端面跳动的影响,3.主轴回转运动误差对加工精度影响,（1）径向跳动对加工精度影响,径向跳动使工件产生圆度误差，影响程度与加工方法有关。,图5-8径向跳动对工件圆度的影响,工件随主轴沿y方向作纯径向运动，振幅为A。车刀刀尖到平均回转轴线的距离为R，实际回转轴线相对于平均回转轴线Om的漂移为,在坐标系omyz中，,径向跳动对镗孔圆度的影响,（2）轴向窜动对加工精度的影响,影响加工端面时的平面度。,图5-10主轴轴向跳动引起的加工误差,（3）角度摆动对加工精度的影响,影响工件的圆度和圆柱度。,4.提高主轴回转精度的措施,（1）设计与制造高精度主轴部件,（2）使回转精度不依赖与机床主轴,图5-11用固定顶尖定位磨外圆,图5-12用前、后导向镗模镗孔,(二）机床导轨误差,1.机床导轨精度标准,图5-13机床导轨及其误差,（1）导轨在水平面内的直线度,（2）导轨在垂直平面内的直线度,（3）导轨与导轨间在垂直方向的平行度,2.导轨误差对加工精度的影响,以车床为例分析导轨误差对加工精度影响,（1）导轨在水平面内直线度对加工精度的影响,导轨误差11反映到工件上。,当车削轴类工件时，工件会产生轴向误差,图5-15车床导轨在水平面内的直线度误差引起工件形状误差,（2）导轨在垂直面内的直线度误差对加工精度的影响,误差敏感方向：误差11反映到工件上的方向称为误差敏感方向。它是通过切削点的加工表面法线方向，而对加工精度影响较小的方向称为加工误差的非敏感方向。误差敏感方向与误差非敏感方向垂直。,（3）前、后导轨在垂直面内的平行度误差对加工精度的影响,图5-17前后导轨的平行度对加工精度的影响,前、后导轨在垂直面内的平行度误差为，车床中心高为H，导轨宽度为B，工件加工误差y为：,3.导轨误差产生的原因,机床的制造误差；机床在使用过程中的磨损；安装不当产生误差。,（1）导轨的磨损,导轨要产生磨损，在全长上导轨的磨损量是不等的。,图5-18车床前导轨上两个面的磨损情况,导轨磨损使溜板在水平和垂直平面内产生位移；同时加工中切削力主要作用在前导轨上，使机床前后导轨磨损量不等，使溜板倾斜。,（2）机床的安装,机床安装质量对机床的精度有重要影响。,减少机床导轨误差对加工精度的影响措施为：在机床设计制造时采取措施提高导轨精度和精度的保持性；在机床安装时要打好地基，仔细调整床身下的支承铁，使导轨达到规定的精度，浇灌水泥。使用一段时间后应复查精度。在机床的使用过程中注意机床的润滑和清洁，避免沙粒和灰尘落入。,（三）机床传动链误差,内传动链误差是内传动链始、末两端传动元件间相对运动误差，是螺纹加工和展成法加工中影响加工精度的主要因素之一。,1.机床传动链误差对加工表面形状精度影响,车螺纹时必须保证两个成形运动之间速度关系准确，即,图5-19螺纹表面加工的螺旋线误差,在滚齿机上滚齿，必须保持滚刀与工件两个回转运动之间速度不变。,当这些关系不能满足时就会造成齿轮的齿形和圆周齿距误差。,2.影响机床传动链精度的主要因素,内传动链中元件的制造误差、装配误差和使用过程中的磨损。在降速传动中，末端元件的误差影响最大。,3.提高机床传动链精度措施,（1）提高机床内传动链各传动元件的制造和装配精度,(2)缩短传动链，减少误差源,图5-20精密螺纹磨床的传动链,(3)采用误差补偿装置,在传动链中加入一个与误差大小相等，方向相反的误差，抵消传动链中产生的误差。,图5-21螺纹加工机床传动链误差补偿原理,图5-22微机补偿精密转台分度误差,实现传动误差补偿首先要解决机床传动链误差精确测量。,三、刀具的制造误差及磨损,1.尺寸刀具和成形刀具制造误差及磨损对加工精度影响,2.普通刀具的尺寸磨损对加工精度的影响,制造误差对加工精度影响很小，但磨损影响工件的尺寸精度和形状精度。,图5-23车刀的尺寸磨损,刀具磨损的过程,图6-24刀具磨损曲线,初期磨损阶段刀具刃磨后，表面粗糙，磨损快。磨损量称初期磨损量，用,正常磨损阶段。刀具经切削后，表面粗糙度值变低，,刀具磨损变慢。磨损曲线的斜率k称单位磨损量，即为刀具切削1000m路程时的尺寸磨损量。,急剧磨损阶段刀具急剧磨损，不能使用，更换刀具或刃磨刀具。,刀具尺寸磨损量的计算,例：精车一根45钢轴，轴长L=2000mm，直径d=100mm，所用车刀材料为YT15，背吃刀量ap=0.5mm，进给量f=0.2mm/r，切削速度v=100m/min，加工后产生圆柱度误差是多少？,切削行程长度,查表6-2得,刀具磨损,刀具尺寸磨损使工件产生的圆柱度误差为46m,四、调整误差,1.试切法加工时影响调整误差因素,（1）测量误差,量具精度、测量方法和使用条件决定了测量误差。,（2）加工余量影响,刀具在微量进给过程中的爬行产生进给误差。,在进给手轮低速微量转动过程中，工作台由不动到移动，在由移动到停滞不动的反复过程称为爬行。,图5-26低速微量进给时的爬行现象,（3）微量进给误差,改善进给系统爬行的措施是提高滑移面的加工精度和表面质量，改善润滑条件和提高进给系统刚性；在生产中工人要正确操作减少爬行。,2.调整法加工影响调整精度的因素,（1）定程机构误差,定程机构的制造精度与调整，以及与之配合的离合器、电器开关，控制阀等的灵敏度成为调整误差的主要来源。,（2）测量有限个工件造成的误差,五、夹具制造误差与磨损,5.2工艺系统的加工过程误差,工艺系统加工过程误差是在加工过程中，由于工艺系统内部在力、热作用下，工艺系统变形，从而破坏了工件相对刀具及切削成形运动的位置产生的误差。,一、工艺系统受力变形对加工精度的影响,（一）切削力变化引起变形对加工精度影响,1.切削力大小变化产生加工误差,（1）误差复映,图5-27毛坯形状误差的复映,工件加工后的形状仍与毛坯形状相似的现象称误差复映。,复映误差的计算：,毛坯的误差：,切削力为：,工艺系统变形：,工件误差：,令,误差复映系数。,当工件毛坯有形状误差或相互位置误差时，都将以一定的复映系数传递给工件形成加工误差。在成批或大量生产中，用调整法加工一批工件时，由于毛坯尺寸变化，复映误差会造成一批工件的尺寸分散。毛坯材料硬度不均及夹杂硬质点，会产生圆度误差。,（2）减小工件复映误差的措施,减小工艺系统的误差复映系数,采用多次走刀减小误差复映,毛坯经n次走刀后，工件的误差为：,2.切削力作用点的改变引起变形对加工精度的影响,在车床上顶车轴的示意图。,刀具变形很小可忽略，夹具并入机床考虑，工艺系统变形来自机床变形和工件变形。工艺系统变形符合叠加原理。,（1）机床变形引起的加工误差,切削力Fy引起的头架、尾座变形为,工艺系统的总位移为,由于工艺系统变形产生加工误差，加工后工件的形状如图,图5-29机床变形引起工件的加工误差,（2）工件变形引起的误差,I工件截面惯性矩,工件产生两端细，中间粗的腰鼓形误差。,工艺系统总变形量,分析工艺系统受力变形对加工精度影响时，首先分析工艺系统各组成部分的变形，再将工艺系统各部分变形叠加，即可计算出工艺系统的变形量，根据变形规律即可求出加工误差。,（二）其他力对工艺系统变形的影响,1.传动力以及惯性力的影响,图5-30拨动力的影响,2.夹紧力的影响,图5-31薄壁套筒夹紧变形引起误差,图5-32薄片工件夹紧变形误差,3.重力的影响,图5-33重力的影响,（三）减少工艺系统受力变形的措施,1.采用新加工方法,寻求新的加工机理及工艺方法是