机械加工精度

1、第五章第五章 机械加工精度机械加工精度 学习目的与要求学习目的与要求 （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）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，）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）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）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）熟悉提高和保证加工精度的途径、常用方法 主要内容主要内容 第第5 5章章 机械加工精度机械加工精度 5.1 5.1 机械加工精度概

2、述机械加工精度概述 5.2 5.2 工艺系统的制造精度和磨损对工件精度的影响工艺系统的制造精度和磨损对工件精度的影响 5.3 5.3 工艺系统的受力变形及其对工件精度的影响工艺系统的受力变形及其对工件精度的影响 5.4 5.4 工艺系统的热变形及其对工件精度的影响工艺系统的热变形及其对工件精度的影响 5.5 5.5 保证和提高加工精度的途径保证和提高加工精度的途径 5.6 5.6 加工误差的统计分析法加工误差的统计分析法 5.7 5.7 点图分析法点图分析法 5.8 5.8 质量管理图质量管理图 一、精度的概念一、精度的概念 加工精度：加工精度： 加工误差：加工误差： 理想零件参数：理想零件参

3、数：尺寸、形状、位置尺寸、形状、位置 5.1 机械加工精度概述机械加工精度概述 机器质量机器质量零件质量零件质量精度精度 表面质量表面质量 材料材料 加工精度加工精度加工误差加工误差 理想零件理想零件 实际加工实际加工 零件几何参数零件几何参数 理想零件理想零件 几何要素几何要素 偏离程度偏离程度 符合程度符合程度 ( (几何精度几何精度) ) 机床的分类概述机床的分类概述 机床的传统分类方法：机床的传统分类方法：按加工性质和所用的刀具进行分类。 目前我国机床分为：目前我国机床分为：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床 、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、锯床、其它机床、特 种加工机床。 5.

4、1 机械加工精度的基本概念机械加工精度的基本概念 （一）加工精度与加工误差（一）加工精度与加工误差 加工精度：加工精度：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。 加工误差：加工误差：零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度 （它是具体的误差大小）。 普通车床普通车床CA6140 卧式铣床卧式铣床 立式铣床立式铣床 立式钻床立式钻床 摇臂钻床摇臂钻床 卧式镗床外形卧式镗床外形 牛头刨床牛头刨床(Horizontal Shaper) 插齿插齿(Gear Shaping)机机 特种加工机床特种加工机床 二、获得加工精度的方法二、获得加工精度的方法 1、 2、

5、 试切法试切法 自动控制法自动控制法 获得尺寸精度获得尺寸精度 尺寸刀具法尺寸刀具法 调整法调整法 非成形非成形运动法：运动法：刮、研和对磨刮、研和对磨 成形成形运动法运动法 获得形状精度获得形状精度 点成形运动法：点成形运动法：轨迹法轨迹法 成形法成形法 线成形运动法线成形运动法 展成法展成法 零件的加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。 1.尺寸精度：尺寸精度： 1）试切法（刀尖）试切法（刀尖）：即先试切出很小一部分加工表面，测量试切所得的尺寸， 按照加工要求适当调整刀具 切削刃相对工件的位置，再试切，再测量， 如此经过二三次试切和测量，当被加工尺寸达到要求后，再切削整个待加 工面（适

6、合单件小批）； 2）定尺寸刀具法：）定尺寸刀具法：具有一定尺寸精度的刀具（如铰刀、扩孔钻、钻头等） 来保证被加工工件尺寸精度的方法； 3）调整法（刀尖）调整法（刀尖）：利用机床上的定程装置、对刀装置或预先调整好的刀架， 使刀具相对机床或夹具满足一定的位置精度要求，然后加工一批工件。这种 方法需要采用夹具来实现装夹，加工后工件精度的一致性好。 4）自动控制法：自动控制法：使用一定的装置，在工件达到要求的尺寸时，自动停止加工。 分为自动测量和数字控制两种，前者机床上具有自动测量工件尺寸的装置， 在达到要求时，停止进刀；后者是根据预先编制好的机床数控程序实现进刀的。 试切法加工试切法加工 调整法加工

7、调整法加工 定尺寸刀具定尺寸刀具 法加工法加工 2. 形状精度：形状精度： 1)轨迹法：轨迹法：利用切削运动中刀具刀尖的运动轨迹形成被加工表面的 形状。这种方法的所能达到的精度，主要取决于这种成形运动的 精度。 2)成形法；成形法；利用成形刀具切削刃的几何形状切出工件的形状。这种 方法所能达到的精度， 主要取决于切削刃的形状精度和刀具的装 夹精度。 3) 展成法（展成法（包络包络）：利用刀具与工件作展成切削运动，切削刃在被 加工面上的包络面形成的成形表面。这种加工方法所能达到的精 度，主要取决于机床展成运动的传动链精度与刀具的制造精度。 轨迹法加工轨迹法加工 成形法加工成形法加工 展成法加工展

8、成法加工 找正法找正法 夹具夹具获得位置精度获得位置精度 机床装夹面机床装夹面 3、 例：用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面例：用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面 母线母线渐开线，展成法，需一个复合成形运动，渐开线，展成法，需一个复合成形运动，分解为滚刀旋转分解为滚刀旋转B11和和 工件旋转工件旋转B12，它们之间保持严格的相对运动关系它们之间保持严格的相对运动关系：滚刀每转：滚刀每转1/K（K 滚刀头数）转（滚刀头数）转（B11），），工件转过工件转过1/Z（Z齿轮齿数）转即一个齿（齿轮齿数）转即一个齿（B12 ）；）； 导线导线直线，相切法，需直线，相切法，需2个独立的成形运动，即滚刀旋转运动和滚

9、刀个独立的成形运动，即滚刀旋转运动和滚刀 沿工件轴向移动沿工件轴向移动A2。其中滚刀的旋转运动与展成运动的一部分其中滚刀的旋转运动与展成运动的一部分B11重重 合；合； （滚刀旋转（滚刀旋转B11是主运动，工件旋转是主运动，工件旋转B12和滚刀沿工件轴向移动和滚刀沿工件轴向移动A2 都是进给运动）都是进给运动） 故成形运动的总数只有故成形运动的总数只有2个：一个是复合成形运动（个：一个是复合成形运动（B11和和B12），）， 另一个是简单成形运动另一个是简单成形运动A2。 工件的定位过程可以由操作者直接在机床上利用千分表、划线盘等工具， 找正某些有相互位置要求的表面，然后夹紧工件，称之为直接找

10、正安装。 1.直接找正； 找正法找正法 夹具夹具获得位置精度获得位置精度 机床装夹面机床装夹面 3、 2.划线找正（钳工手工作业） 是指按图纸要求在工件表面上划出位置线以及加工线和找正线，安装工件时，先在机床 上按找正线找正工件的位置，然后夹紧工件。例如：要在长方形工件上镗孔，可先在划 线平台上划出孔的十字中心线，再画出加工线和找正线（加工线和找正线之间的距离一 般为5毫米）。然后将工件安放在四爪单动卡盘上轻轻夹紧，转动四爪单动卡盘，用划 针检查找正线，找正后夹紧工件。 特点：划线安装不需要其它专门设备，通用性好，生产率低，精度不高 （一般划线找正的对线精度为0.1mm左右），适于单件、小批量

11、生产中复杂铸件或者 铸件精度较低的粗加工工序。 四爪单动卡盘 1-卡盘体 2-卡爪 3-丝杆 三、影响加工精度的因素三、影响加工精度的因素 1、原理误差：、原理误差：采用近似加工原理或近似刀具切削刃形采用近似加工原理或近似刀具切削刃形 状状 2、安装误差：、安装误差：定位误差、夹紧误差、夹具本身误差定位误差、夹紧误差、夹具本身误差 3、调整误差：、调整误差：调整方法与调整时的测量误差等调整方法与调整时的测量误差等 4、测量误差：、测量误差：量具本身、方法、温度量具本身、方法、温度 5、工艺系统的制造精度和磨损、工艺系统的制造精度和磨损 6、工艺系统的受力变形、工艺系统的受力变形 切削力、传动力

12、、重力、离心力、夹紧力切削力、传动力、重力、离心力、夹紧力 7、工艺系统的受热变形、工艺系统的受热变形 切削热、环境、运动、电机切削热、环境、运动、电机 原始误差 5-2 工艺系统的制造精度和磨损工艺系统的制造精度和磨损 对加工精度的影响对加工精度的影响 制造误差制造误差 磨损误差磨损误差 机床误差机床误差( (来源来源) ) 安装误差安装误差 回转运动回转运动( (主轴主轴) )误差误差 直线运动直线运动( (导轨导轨) )误差误差 机床误差机床误差( (种类种类) ) 传动误差传动误差 几何误差几何误差( (位置位置) ) 一、机床主轴的回转精度及其对工件精度的影响一、机床主轴的回转精度及

13、其对工件精度的影响 1、主轴回转精度的概念、主轴回转精度的概念 回转动态过程回转动态过程 理想回转中心：理想回转中心：在主轴的任一界面上有一点在主轴的任一界面上有一点O其速度其速度 始终为始终为V0 瞬时回转中心：瞬时回转中心：实际存在的一个变动的回转中心实际存在的一个变动的回转中心 瞬时回转轴线：瞬时回转轴线：各瞬时回转中心连线各瞬时回转中心连线 t时间，时间，转角转角 瞬时回转中心相对于理想回转中心的位置变动量瞬时回转中心相对于理想回转中心的位置变动量 ( , )Sf t 误差敏感方向：误差敏感方向：过刀具尖点且与已加工表面垂直的方向（此点处即 工件加工表面的法线方向）。 例：车床加工外圆

14、时误差敏感方向的分析 误差敏感方向：误差敏感方向：经过刀具刀刃的切削点又垂直于已加经过刀具刀刃的切削点又垂直于已加 工表面的方向。工表面的方向。误差敏感方向上的误差对工件加工精度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。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：主轴回转精度：主轴回转轴线在回转时相对其平均轴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。线的变动量在误差敏感方向的最大位移值。 径向跳动径向跳动轴向跳动轴向跳动摆动摆动 - - 瞬时回转轴线瞬时回转轴线-平均回转轴线平均回转轴线 主轴回转误差，一般讨论时可

15、分解为主轴回转误差，一般讨论时可分解为： 主轴径向跳动主轴径向跳动：它对工件的圆度影响最大; 主轴轴向窜动主轴轴向窜动：它对工件的端面和螺纹的螺距影响最大; 主轴的角度摆动主轴的角度摆动：它对工件形状，端面平面度等有影响。 影响主轴回转误差的因素，主要有：影响主轴回转误差的因素，主要有： 1).主轴箱体上的主轴孔的圆度及同轴度； 2).主轴轴承精度； 3).主轴支承轴颈的圆度，止推面与轴线的垂直度；主轴挠度 （轴线不垂直度）； 4).主轴部件的装配精度和预紧。 2、主轴回转精度的分析、主轴回转精度的分析 主轴径向跳动分析主轴径向跳动分析 滑动轴承滑动轴承 轴颈圆度、轴瓦内孔圆度及其配合轴颈圆度

16、、轴瓦内孔圆度及其配合 工件回转类工件回转类 机床机床 刀具回转类刀具回转类 轴颈轴颈 轴承轴承 主轴安装主轴安装 孔孔 轴承精度轴承精度 主轴精度主轴精度 影响因素影响因素 主轴孔精度主轴孔精度 滑动轴承滑动轴承 滚动轴承滚动轴承 轴承轴承 静压静压 动压动压 工件回转类：工件回转类：传动力与切削力不变传动力与切削力不变轴瓦接触点不变轴瓦接触点不变 轴颈影响轴颈影响轴瓦轴瓦 刀具回转类：刀具回转类：切削力回转扭矩切削力回转扭矩主轴颈接触点不变主轴颈接触点不变 轴瓦内孔影响轴瓦内孔影响，轴颈，轴颈 工件回转类工件回转类 刀具回转类刀具回转类 主轴几何轴线主轴几何轴线 径向跳动产生径向跳动产生

17、的加工误差的加工误差 轴承内表面的圆度误差轴承内表面的圆度误差对主轴径向回转精度影响较大； 主轴轴颈的圆度轴颈的圆度误差对主轴径向回转精度影响较大； 1.主轴回转轴线 2.主轴几何轴线 同轴度误差 顶尖车外园：掉头两段同轴度误差 滚动轴承滚动轴承 此外，此外， 造成主轴轴向窜动的原因造成主轴轴向窜动的原因 工件回转类：工件回转类：内环外道内环外道外环内道外环内道 刀具回转类：刀具回转类：外环内道外环内道内环外道内环外道 滚动轴承尺寸、形状：滚动轴承尺寸、形状：低频一半，变形一部分低频一半，变形一部分 间隙间隙 轴颈：轴颈：内环变形内环变形 箱体孔：箱体孔：外环变形外环变形 安装面：安装面：倾斜

18、倾斜 轴向推力轴承定位轴向推力轴承定位影响影响端面平面度误差端面平面度误差 与螺旋误差与螺旋误差 轴承间隙轴承间隙 对主轴轴线位置的影响对主轴轴线位置的影响 推力轴承推力轴承 端面跳动的影响端面跳动的影响 定圈和动圈只要一个没有端面跳动定圈和动圈只要一个没有端面跳动 接触点为误差接触点为误差 的变化，取决的变化，取决 于于 B滚动轴承滚动轴承 与上述类似，同时滚动体影响与上述类似，同时滚动体影响 A A滑动滑动 0 0 座 窜 0 0 颈 窜 颈座 颈窜 颈座 窜座 轴串动取较小值轴串动取较小值 主轴回转轴线的轴向跳动将产生加工端面的平面主轴回转轴线的轴向跳动将产生加工端面的平面 度误差度误差

19、 主轴轴向跳动引起的加工误差主轴轴向跳动引起的加工误差 1.1.端面变成螺旋面；端面变成螺旋面； 2.2.对螺距影响大对螺距影响大 3、主轴回转精度的测量、主轴回转精度的测量 表测法表测法 双向测量法（捷克双向测量法（捷克VUOSO）刀具回转）刀具回转 当没有回转误差时，间隙变化为当没有回转误差时，间隙变化为 示波器上为示波器上为 回转轴回转轴 敏感方向敏感方向 缺点缺点 几何轴偏心几何轴偏心 动态动态 cos sin ewt ewt x y cos sin Skewt Skewt x y 22 xy SSke coscos() sinsin() ewtwt ewtwt x y coscos(

20、) sinsin() Skewtkwt Skewtkwt x y 示波器上光点的向径示波器上光点的向径 为常数。为常数。 当主轴有偏差当主轴有偏差时时 示波器上，示波器上， 向径为向径为 22 2(coscos()sinsin()k eewtwtwtwt 坐标变换，使坐标变换，使x与与e重合重合 是是 与与 的和，的和， 即示波器银屏变化即示波器银屏变化 不能反映误不能反映误 差，只有差，只有e=0 或或 才能真正反映。才能真正反映。 李沙育图李沙育图，其半径差为主轴回转精度。，其半径差为主轴回转精度。 22 2cosk ee -ee e 0 cos r e 这种方法适合刀具回转型机床的主轴这

21、种方法适合刀具回转型机床的主轴 回转精度测量，如回转精度测量，如镗镗，而不适合车床，而不适合车床 测量镗床测量镗床 主轴回转精度主轴回转精度 钢球安装偏心钢球安装偏心 对测量的影响对测量的影响 单向测量法（美国单向测量法（美国LRL法）法） 测定车床主轴回转测定车床主轴回转 精度的方法精度的方法 误差敏感方向为误差敏感方向为Y Y方向方向 等偏心互相为等偏心互相为9090度的圆盘，目的是产生示波器上的基园度的圆盘，目的是产生示波器上的基园 y x esin ecos S 0 0 20 sinsin (1)sin (1)cos Skekek S kek S Skek S 1 22 120 (1)

22、SSkek S ke 0 Rkekk es 传感器传感器 传感器传感器 K K0 0KK 传感器传感器 示波器输入信号示波器输入信号 向径为向径为 当当 S=0 S=0 时，时， 当当 S0 S0 时时 放大放大K倍倍 放大放大K0倍倍 4、获得高圆度工件的方法、获得高圆度工件的方法 高精度主轴车床高精度主轴车床。 可高达可高达0.05微米微米 补偿补偿 使主轴误差不反映到工件上使主轴误差不反映到工件上 造成园度与不同轴度误差造成园度与不同轴度误差 二、直线运动精度对工件精度的影响二、直线运动精度对工件精度的影响 1、机床导轨精度指标、机床导轨精度指标 运动在水平面内的直线度运动在水平面内的直

23、线度 运动在垂直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）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、机床导轨误差对加工精度的影响 普通车床普通车床 水平面直线度：水平面直线度：1 1：1 1 影响纵截面形状影响纵截面形状 垂直面直线度：垂直面直线度：属误差不敏感方向，影响较小属误差不敏感方向，影响较小 扭曲影响：扭曲影响：可分解为水平、垂直可分解为水平、垂直 图5-5 卧式车床导轨水平、垂直面内直线度误差 车床导轨扭曲对工件形状的影响车床导轨扭曲对工件形状的影响 机床导轨的磨损，主要影响到水平面内直线度。 卧式车床导轨水平、垂直面内直线度误差、导轨扭曲加

24、工精度的影响 外圆磨床：外圆磨床：与车床相同。但由于要求高，不提高导轨、与车床相同。但由于要求高，不提高导轨、 工作台定位面精度要求，采用工作台定位面精度要求，采用工作台转角调整抵消工作台转角调整抵消 龙门刨床：龙门刨床：就地刨就地刨 镗：镗： 固定镗固定镗 浮动镗：浮动镗：不影响不影响 水平：水平：影响影响 垂直：垂直：影响影响 3、导轨运动误差的来源导轨运动误差的来源 新机床导轨的制造精度新机床导轨的制造精度 磨损磨损材料表面处理，润滑材料表面处理，润滑 安装精度安装精度地基，地基， 找正找正 三、机床的几何精度对加工精度的影响三、机床的几何精度对加工精度的影响 几何精度几何精度各成形运动

25、在空间的相互位置准确性各成形运动在空间的相互位置准确性 车外圆车外圆 误差具体形状具体分析误差具体形状具体分析 相交线（不在同一平面内）相交线（不在同一平面内）双曲面双曲面 回转轴线与导轨水平面不平行回转轴线与导轨水平面不平行锥度锥度 车端面车端面回转轴线与导轨不垂直回转轴线与导轨不垂直凸面，凹面凸面，凹面 镗孔镗孔 铣平面铣平面 滚齿机滚齿机 四、机床的传动精度及对加工精度的影响四、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、机床传动精度分析 指传动链始末端允许的相对转角误差，一般用末端元件的实际转角与传动链 理论转角之差来表示。（图5-13 Y3180型滚齿机传动链图） 3.3

26、.传动链误差：传动链误差： 主要指内传动链误差，由于内传动链需要传递准确的运动关系， 即保证准确的传动比。如车床上加工螺纹，滚齿机上的展成传动链。 (1)(1)外联系传动链：运动源外联系传动链：运动源执行件执行件 联系动源和机床执行件，使执行件得到运动，并能改变运动的速联系动源和机床执行件，使执行件得到运动，并能改变运动的速 度度 和方向，但不要求动源和执行件之间有严格的传动比关系。和方向，但不要求动源和执行件之间有严格的传动比关系。 例如：车螺纹时，从电机到车床主轴的传动链就是外联系传动键，例如：车螺纹时，从电机到车床主轴的传动链就是外联系传动键， 它只决定车螺纹速度的快慢，而不影响螺纹表面

27、的成形。它只决定车螺纹速度的快慢，而不影响螺纹表面的成形。 外联系传动链外联系传动链 (2) 内联系传动链：执行件内联系传动链：执行件执行件执行件 联系复合运动之内的各个分解部分，传动链所联系的执行件相联系复合运动之内的各个分解部分，传动链所联系的执行件相 互之间的相对速度（及相对位移量）有严格的要求，用来保证运互之间的相对速度（及相对位移量）有严格的要求，用来保证运 动的轨迹。动的轨迹。 例如：车螺纹时，为保证所需螺纹的导程大小，主轴（工件）转例如：车螺纹时，为保证所需螺纹的导程大小，主轴（工件）转 一周时，车刀必须沿工件轴向移动一个导程。联系主轴一周时，车刀必须沿工件轴向移动一个导程。联系

28、主轴刀架之刀架之 间的螺纹传动链，就是一条传动比有严格要求的内联系传动键。间的螺纹传动链，就是一条传动比有严格要求的内联系传动键。 五、机床的定位精度对工件精度的影响五、机床的定位精度对工件精度的影响 定位精度：定位精度：工作台从一个位置移动到另一个位置的准确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、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主要取决于选用的进给机构型式及进给机构的传动精度 齿轮轮系与丝杠齿轮轮系与丝杠 2、进给与测量分开时的测量精度、进给与测量分开时的测量精度 避免进给系统磨损避免进给系统磨损误差误差但但被测的与实际的不在一

29、条被测的与实际的不在一条 直线上产生的误差直线上产生的误差 3、爬行误差、爬行误差 解决办法解决办法 动动静系数不一样静系数不一样 刚度刚度 摩擦系数摩擦系数 提高系统刚度提高系统刚度电致伸缩电致伸缩 摩擦系数摩擦系数动静相等；滚动、低塑料动静相等；滚动、低塑料 调整速度调整速度 六、刀具、夹具、量具的制造精度和磨损对工六、刀具、夹具、量具的制造精度和磨损对工 件影响件影响 1、刀具的制造精度和磨损的影响、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 工精度的影响工精度的影响 钻头、绞刀、镗刀块、拉刀钻头、绞刀、镗刀块、拉刀影

30、响尺寸影响尺寸磨损后磨损后 不能重修复不能重修复 滚刀、插刀、成形车刀滚刀、插刀、成形车刀影响形状影响形状重磨重磨 一般刀具的磨损对加工精度的影响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，但磨损则产生影响寸，但磨损则产生影响 一：一：起始磨损，非线性起始磨损，非线性 二：二：正常磨损，正常磨损， 三：三：快速（剧烈）磨损快速（剧烈）磨损 三个阶段三个阶段 减少影响方法减少影响方法 尺寸补偿尺寸补偿 选用耐磨刀具材料选用耐磨刀具材料复合氮化硅，立方氮化硅复合氮化硅，立方氮化硅 降低切削速度，延长刀具寿命降低切削速

31、度，延长刀具寿命 砂轮的磨损及修复（快、与硬度有关）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 夹具的制造精度和磨损影响工件的精度夹具的制造精度和磨损影响工件的精度 3、量具、量具 测量误差为工件公差的测量误差为工件公差的 ，最多，最多 外圆磨床，直径大外圆磨床，直径大对工件尺寸形状影响小对工件尺寸形状影响小 内圆磨床，直径小内圆磨床，直径小磨损对工件精度影响大磨损对工件精度影响大 齿轮磨床，大平面磨床齿轮磨床，大平面磨床磨损对工件精度影响大磨损对工件精度影响大 11 106 1 3 5-3 工艺系统的工艺系统的 受力变形及其对工件精度的影响受力变形及其

32、对工件精度的影响 一、基本概念一、基本概念 1、变形现象、变形现象 车棒车棒 车长轴车长轴磨孔磨孔 2、概念、概念 刚度：刚度：物体或构件受外力后抵抗变形的能力物体或构件受外力后抵抗变形的能力 工艺系统的刚度：工艺系统的刚度：在误差敏感方向上的分力在误差敏感方向上的分力p py y与在与在 此方向上刀具对工件的变形（位移）量此方向上刀具对工件的变形（位移）量y y的比值的比值 静刚度：静刚度：在静态条件下静力与变形的比值在静态条件下静力与变形的比值 动刚度：动刚度：某一频率范围内产生单位振幅所需的激振某一频率范围内产生单位振幅所需的激振 力幅值力幅值 y s p k y 工艺系统的刚度工艺系统

33、的刚度 1.定义：作用在工件上误差敏感方向上（Y）的径向切削分力Fy与 工艺系统（车床、刀具、工件、夹具）在该方向上的总变形之比。 系统 系统 y F k y 系统 y 是Fx（走刀）， F Y 是（径向）， Z F Z F 综合作用下沿Y方向的变形量。 （垂直）， 图5-18 刀架在不同方向切削力作用下的变形 工件刀具夹具机床系统 yyyyy 系统 系统 y F k y 机床 机床 y F k y 夹具 夹具 y F k y 刀具 刀具 y F k y 工件 工件 y F k y I 11111 =+ KKKKK 刀系夹机床 （串联系统） 图5-26 工艺系统受力变形随施加力点的变化而变化的

34、情况 a)内圆磨床 b)单臂龙门刨床 c)卧式镗床，镗杆进给 d)工件进给 二、机床部件刚度特点及影响因素二、机床部件刚度特点及影响因素 车床刚度的单向静测定车床刚度的单向静测定 1.百分表；2.测力环；3.加载器;4.加载螺钉；5.刀架；6.心轴 1、部件变形过程与刚度曲线特点、部件变形过程与刚度曲线特点 （1）加载变形曲线）加载变形曲线不成线性不成线性 有预紧力，当载荷有预紧力，当载荷 有刚性很差的零件，当该有刚性很差的零件，当该 大于力时，大于力时，K变小变小 零件变形减小时，零件变形减小时，K增大增大 （2）正反加卸载变形曲线）正反加卸载变形曲线 不重合不重合 凸 py y 凹 py

35、y 塑性变形摩擦力等消耗能量塑性变形摩擦力等消耗能量 最大间隙最大间隙 磁磁 滞滞 5 641 2 3 （2）正反加卸载变形曲线）正反加卸载变形曲线 不重合不重合 （3）多次重复加载变形曲线）多次重复加载变形曲线 第一次加载第一次加载“磁滞磁滞”现象严重，以后减小现象严重，以后减小 加、卸载曲线接近，起始点重合加、卸载曲线接近，起始点重合 塑性变形摩擦力等消耗能量塑性变形摩擦力等消耗能量 最大间隙最大间隙 磁磁 滞滞 5 641 2 3 （4）部件刚度曲线特点）部件刚度曲线特点 力和变形不是直线性，不符合胡克定律力和变形不是直线性，不符合胡克定律部件变部件变 形不纯粹是弹性变形形不纯粹是弹性变

36、形 加载与卸载曲线不重合加载与卸载曲线不重合 当载荷去除后，变形不能恢复原点当载荷去除后，变形不能恢复原点有塑性变形。有塑性变形。 反复加载后，残余变形减到反复加载后，残余变形减到0，重合，重合 部件刚度远比想象小部件刚度远比想象小 接触变形接触变形 克服摩擦力克服摩擦力 损失能量损失能量 2、影响部件刚度的因素、影响部件刚度的因素 接触变形接触变形 个别薄弱环节个别薄弱环节 连接夹紧力的影响连接夹紧力的影响 摩擦力摩擦力 间隙影响间隙影响 变形的复合性变形的复合性 两零件接触面接触情况两零件接触面接触情况 间隙对刚度影响曲线间隙对刚度影响曲线 机床刚度中薄弱环节机床刚度中薄弱环节 刀架镶条接

37、触情况差刀架镶条接触情况差 主轴锥孔有中凸情形主轴锥孔有中凸情形 11111 kkkkk 刀具系统夹具工件机床 + yyyyy 刀具系统夹具工件机床 + y p k y 系统 系统 、 y p k y 机床 机床 、 y p k y 夹具 夹具 、 y p k y 刀具 刀具 、 y p k y 工件 工件 11111 kkkkk 刀具系统夹具工件机床 + 三、工艺系统的刚度三、工艺系统的刚度 工艺系统总变形及合成刚度为工艺系统总变形及合成刚度为 而而 因此，有因此，有 四、工艺系统受力变形对加工精度的影响四、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由于切

38、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）由于切削点位置的变化引起的刚度、变形变化而产生 的形状误差的形状误差 工件短粗，刚度高工件短粗，刚度高鞍形鞍形 P P尾 尾 力：力： 位移：位移： () y lx PP l y头 y x PP l y尾 () y ss PP lx y KKl 头 头 头头 y ss PP x y KKl 尾 尾 尾尾 ()() x xlxx yyyyyy lll 尾尾头头头 22 ()( ) yy ss PP lxx y KlKl 尾尾 此时刀架变形为此时刀架变形为 因此，因此， 当当 当当 当当 y s P y K

39、刀架 刀架 22 ()( ) yyy x sss PPP lxx yyy KlKlK 刀架机床 头头刀架 22 111 ()( ) y ssss P lxx KKlKlK 尾头刀架机床 0, yy ss PP xy KK 机床 头刀架 , yy ss PP xl y KK 机床 尾刀架 , 244 yyy sss PPP l xy KKK 机床 尾头刀架 工件细长工件细长鼓形鼓形 和和 时，时， 时，最大，为时，最大，为 刚度在该工件轴向的各个位置是不同的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）形状

40、误差（锥度、鼓形、鞍形等） 33 22 22 1 () ( ) () 33 yy PlPl xlxx lx y EIllEIl 0 x xl 1 0y 2 l x 3 1 48 y Pl y EI （2）由于工件加工余量不均或其他原因）由于工件加工余量不均或其他原因 导致导致切削力变化切削力变化变形变化变形变化引起形状尺寸误差引起形状尺寸误差 对于对于椭圆毛坯：切深大椭圆毛坯：切深大力大力大变形大变形大椭圆椭圆 A-A-毛胚形状毛胚形状 B-B-加工后的零件加工后的零件 毛坯的形状误差，圆度、圆柱度、平面度等都以一毛坯的形状误差，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

41、余量不均引起定误差复映成工件的加工误差，这是由余量不均引起 的的 采用多次走刀减小误差复映采用多次走刀减小误差复映 调整法加工时，毛坯大小不一调整法加工时，毛坯大小不一工件尺寸分散工件尺寸分散计计 算误差复映算误差复映 误差复映误差复映 图5-27 车削时的误差复映 机理机理：由于工件存在形状误差，如椭圆，刀具在长、短轴位置的背吃刀量 p a 不同， 切削力 y F 相对位置改变，走刀后工件产生与原有形状相似的误差。 也随之不同，工艺系统的变形不同，使刀具与工件间 毛坯圆度误差 21 pp aa毛 ，工件加工后圆度误差 21 yy I 则：误差复映系统 为： 1 毛 I （5-11） 其实质是

42、机床刚度 不足引起的让刀 )( 21 21 21 21 pp yy pp aak FF aa yy 系 （5-12） 1 y 2 y,让刀变形 n x p y yy HBafCF 式中： yC与刀具前角等切削条件有关的系数； f进给量； p a 背吃刀量； HB 工件材料的布化硬度； zyx,指数。 在一次走刀加工中，材料、进给、切削条件不变，令 ny y HBfCC 车削加工中， 1x 则 )( 1 11 yaCF py )( 2 22 yaCF py 11 py aCF 2 2 py aCF 系系系 k C aak aaC aak FF pp pp pp yy )( )( )( 21 21

43、 21 21 (5-15) 减小误差复映的措施减小误差复映的措施： a,提高工艺系统的刚度，(5-15) b,多次走刀， 1，其乘积 21 更小(5-11) C, 毛 I ， 毛，也可使 I (5-11) 2、由于夹紧力、重力等产生的系统变形对加工精度影响、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）由于工件的夹紧变形引起的加工误差 床身导轨面床身导轨面 应用应用 薄板零件的磨削薄板零件的磨削垫入薄橡皮 （2）由于重力所引起的加工误差）由于重力所引起的加工误差 重力引起机床变形重力引起机床变形 五、由于内应力产生变形对加工精度影响五、由于内应力产生变

44、形对加工精度影响 内应力：内应力：零件在没有外加载荷作用下，加工后内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工件在铸、锻、切削后内部应力相互平衡 一旦外界条件变化一旦外界条件变化平衡破坏平衡破坏变形变形 冷加工冷加工 温度温度 振动振动 平衡破坏平衡破坏变形变形 外界条件外界条件 1、内应力的产生、内应力的产生 毛坯：工件壁厚不均毛坯：工件壁厚不均 工件切削内应力工件切削内应力 热处理热处理 校直校直 2、内应力的减少和消除法、内应力的减少和消除法 时效处理：天然、人工时效处理：天然、人工 铸、锻件结构，应壁厚均匀，不能差太多铸、锻件结构，应壁厚均匀，不能差太多 零件的结构主要考虑零件的结构主要考虑刚度刚度问题问题 机械加工时，注意减少切削力机械加工时，注意减少切削力 尽量不采用冷校直尽量不采用冷校直 六、机床刚度的测定六、机床刚度的测定 1、机