影响零件加工精度因素的分析讲解

1、题目：影响零件加工精度因素的分析影响零件加工精度因素的分析摘要在机械加工过程中，每一个产品都是由若干零件装配而成的，因而零件的 加工质量是整台机器的基础，它直接影响机器的性能和寿命。有很多因影响零 件最终的加工质量，如何使工件加工达到质量要求，如何减少各种因素对加工 精度的影响，提高工件的加工质量，就成为必须考虑的事情，也就是要对影响 机械加工精度的因素进行分析。该论文的目的是研究各种工艺因素对加工精度 的影响及规律，从而找出减小加工误差、提高加工精度的途径。通过图例的分 析，确定合适的加工方法，最终达到零件的质量要求。关键词： 加工精度 工艺系统刚度 位置精度 几何参数西安 技师工业大学继续

2、教育学院毕（设计）论文目录绪论 21加工精度与加工误差的概念 32.产生加工误差的因素 32.1 工艺系统的几何误差 42.1.1 机床、刀具、夹具的制造误差与磨损 42.1.2 刀具、夹具误差及工件的定位误差 92.2 工件装夹误差 102.3 机床的热变形及其对加工精度的影响 1024 工件热变形及其对加工精度的影响 . 112.4.1 刀具热变形及其对加工精度的影响 123.提高加工精度的工艺措施 14结论 15致谢 16参考文献 17西安 技师工业大学继续教育学院毕（设计）论文绪论机床是各行各业普遍使用的机械设备， 凡有机械加工的场所都离不开机床， 它使用范围广，社会拥有量大，从业人员

3、也越来越多，尤其大型机床设备、成 套机床设备的安装需要非常专业的安装技术人员参与才能完成。近年来，随着 新材料、新技术、新工艺和信息技术的发展，机械设备的体积、重量和技术含 量都已经发生了很大变化，安装工艺也在不断地完善和发展。这篇论文主要介 绍影响机械零件加工精度的因素和提高加工精度的方法，包括几何误差、加工 中各种因素影响产生的误差，典型零件加工与加工方法，通过分析找出最适合 的加工方案。西安 技师工业大学继续教育学院毕（设计）论文1 加工精度与加工误差的概念机械加工精度 （ 筒称加工精度 ） 即零件在加工后的几何参数 （ 尺寸、几 何形状和表面间相互位置） 的实际值与理论值相符合的程度。

4、 符合的程度愈高 , 加工精度也愈高。反之 , 符合称度愈差 , 精度也愈低。加工误差是指加工后零件的实际几组误差 尺寸、 形状和相互位置 ） 对理 想几何参数的偏离程度。如工误差是表示加工精度高低的一个数量指标标 , 一 个零件的加工误差越小 , 加工精度越高。研究加工精度的目的 , 是研究各种工艺因素对加工精度的影响及其规律 从而找出减小加工误差 , 提高加工精度的途径。2 产生加工误差的因素机械加工中 , 由机床一夹具一刀具一工件组成的工艺系统 , 在完成一个 加工过程时 , 有许多误差因素影响零件的加工精度。工艺系统的各种误差 , 一部分与工艺系统本身的结构状态有关 , 一部分与切削过

5、程有关。 由于切削加 工过程中存在切削力、 切削热、 切削摩擦等因素作用 , 使工艺系统产生受力变 形、受热变形而刀具磨损、 内应力变化等 , 影响工件与刀具在调整中获得的相 对位置精度 , 引起种种加工误差 ; 这类在加工过程中产生的原始误差 , 称 为工艺系统的动误差 。 相应的 , 在加工之前就已经存在的机床、刀具、夹具 本身的制造误差、安装误差等则称为工艺系统的静误差。工艺系统的各种误差 , 在不同的加工条件下将造成零件不同程度的加工 误差。研究加工精度时，通常按照工艺系统误差的性质分为以下几种情况：西安 技师工业大学继续教育学院毕（设计）论文2.1 工艺系统的几何误差 . 原理误差是

6、由于采用了近似的刀具轮廓， 近似的成形运动轨迹和近似传 动比的成形运动使加工零件产生的加工误差旷具体的有以下几种情况 ： . 近似的刀具轮廓 用成型刀具加工复杂的曲线表面时 , 要使刀具刃口 做成完全符合理论曲线的轮廓 , 有时相当困难 , 所以往往采用圆弧、直线等 近似、简单的线型。这种近似作法 , 对于简化机床和刀具的设计及制造 , 是 十分必要的 , 但由此带来的原始误差必须控制在允许的范围内。例如：用模数铣刀铣齿形 , 其一由于齿轮模数铣刀的成型面轮廓就不是纯 粹的渐开线 , 所以如工的齿形就会产生一定的原理误差 ; 其二由于模数相同 而齿数不同的渐开线齿轮 , 其基圆半径不同 , 因

7、而齿形也不同 , 这就要求 每种模数不同齿数的齿轮都要有一把专用铣刀 , 为了经济起见 , 实际上只用 一套 8-26 把模数铣刀来分别加工在一定齿数范围内的所有齿轮 。由于每 把铣刀均是按一种模数的一种齿数设计和制造的 , 因而用其加工其他齿数的 齿轮时 , 就会产生齿形的原理误差。如图 2.1 所示 。图 2.1 齿形的原理误差1- 理论正确齿形 2- 实际齿形2.1.1 机床、刀具、夹具的制造误差与磨损机床误差 ：机床误差包括机床本身各部件的制造误差、 安装误差和使用过程中的磨损 , 下面将机床的制造误差分述如下 ：西安 技师工业大学继续教育学院毕(设计)论文(1) 主轴误差 主轴回转运

8、动误差的概念及其影响因素 ：回转运动的精度主要取决于加 工过程中其其回转中心相对刀具或工件的位置精度 , 即主要取决于机床主轴 的回转精度。当主轴工作时 , 理论上回转轴心线在空间的面应该稳定不变 , 实际上其 位置总有变动。主轴的回转精度不但与主轴部件的加工和装配而且还与受力受 热有关。 上述误差和变形将影响主轴轴颈的圆度、 同轴度和主轴的挠度 , 加上 轴承本身的各种误差 , 使主轴在每一瞬时回转轴心线的空间位置总是处于变 动状态 , 即存在着回转误差。主轴回转误差可分为三种基本型式 , 轴向窜动 . 纯径向跳动和纯角度摆 动 , 如图 2 ? 2 所示。机床主轴的回转误差直接影响零件加工

9、表面的几何形 状精度。实际上， 主轴的径向跳动和角度摆动往往同时存在 , 这种合成后产生 的误差成为主轴径向回转误差 。产生径向回转误差的主要原因是 : 滑动轴承 或轴颈的圆度误差、 滚动轴承滚道的圆度误差或几何偏心 , 滚动体的圆度误差 或尺寸误差、轴颈间或轴承间的同轴度误差及轴承座孔的配合间隙等。 主轴回转误差对加工精度的影响：机床主轴回转误差对加工精度的影西安 技师工业大学继续教育学院毕(设计)论文响 , 这要从切削表面的每个截面内 , 主轴瞬时回转中心与刀尖的位置变化分 析。这种位置变化将造成工件表面的加工误差回从零件表面形状形成的过程看 回转误差沿刀具与工件接触点法向分量 AY 如图

10、 2.3 对精度影响最大 , 而切 向分量 AZ 的影响极小。由图 2.3 可知 , 切向分量所产生的半径误差为 :(R+ R) 2=Z2十 R2图 2.3 回转误差对加工精度的影响因此 , 一般称法线方向为误差敏感方向 , 切线方向为非误差敏感方向。(2) 导轨误差 导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准 , 也是运动的 基准 , 它的各项误差将直接影响被加工零件的精度。 对机床导轨的精度要求 , 主要有以下三个方面 :在水平面内的直线度 ;在垂直面内的直线度 ; 前后导轨的平行度 ( 扭曲 ) 。 现以车床为例，说明导轨误差是怎样影响零件的加工精度的。车床导轨在 水平面内有直线度误差在纵向

11、切削过程中 , 将使刀尖的运动轨迹相对于工件轴 心线不能保持平行， 因而使工件在纵截面内产生形状误差。 当导轨向后凸出时 , 工件产生鞍形误差：当导轨向前产生凸出时，工件产生鼓形误差。西安 技师工业大学继续教育学院毕（设计）论文刀尖在水平面内产生位移 Y, 引起工件在半径方向的误差为 R, 且 R=Y 在车削较短零件时影响较小 , 若车削细长轴时 , 这一误差将明显地反映 到工件上 , 如图 2.4 所示。床身导轨在垂直面内有直线度误差 , 如图 2.5 所 示图 2.4 车床导轨在水平面内直线度引起的误差图 2.5 床身导轨在垂直面内有直线度引起的误差以上分析了主轴回转误差和导轨误差对加工精

12、度的影响。而主轴回转中心线与床身导轨不平行对加工精度也有影响。若二者在水平面内不平行，车出的内外圆柱面会有锥度：若在垂直面内二者不平行， 则加工出双曲线回转体表面，如图 2.6西安 技师工业大学继续教育学院毕(设计)论文图 2.6 主轴的回转中心与导轨在垂直面内不平行时的加工误差(3) 传动链误差 对于某些加工方式 , 如车削或 磨削螺纹、滚齿、插齿 以及磨齿等 , 为了保证工件的加工精度 , 除了前述的因素外 , 还要求刀具 和工件之间具有准确的传动比关系 , 例如车削螺纹时，要求工 , 件每转一转 , 刀具走一个导程 ; 在用单头滚刀滚齿时 , 要求滚刀每转一转 , 工件转过一 个齿等。这

13、些成形运动间的传动比关系 , 是由机床本身的传动链来保证的。若 传动链存在误差 , 在上述情况下 , 它将是影响加工精度的主要因素。传动链误差是由于传动链中的传动元件存在制造误差和装配误差引起的。 使用过程中的磨损 , 也会产生传动链误差。 各传动元件在传动链中的位置不同 影响也不同。通过传动误差的谐披分析可以判断误差来自传动链中的哪一个传 动元件 , 并可根据其大小找出影响传动链误差的主要环节。为减少传动链误差对加工精度的影响 , 可采取下列措施 ： 减少传动链中的元件数目 , 缩短传动链 , 以减少误差来源 提高传动元件 , 特别是末端传动元件的制造精度和装配精度 传动链 EP 齿轮间存在

14、间隙 , 同样会产生传动链误差 , 因此要设法消 除间隙 采用误差校正机构来提高传动精度。例： 如图 2.7西安 技师工业大学继续教育学院毕(设计)论文图 2.7 细长轴的加工分析：在加工过程中，机床对加工精度的影响。(1) 工件产生锥度，其原因：后顶尖轴线不在主轴轴线上 床身导轨严重磨损(2) 产生圆度误差，其原因： 主轴前后轴承间隙过大主轴颈的圆度超差(3) 端面圆跳动超差，其原因是主轴轴向窜动量超差。2.1.2 刀具、夹具误差及工件的定位误差 刀具误差 刀具误差对加工精度的影响随刀具的种类不同而异。 单刃刀具 , 如车刀、刨刀、单刃镗刀等对加工精度没有直接影响。 定尺寸刀具 , 如钻头、

15、铰刀、拉刀、槽铣刀等的尺寸及形状误差与磨损会 直接影响工件的尺寸及形状精度 。 刀具的安装误差会使加工误差扩大。成型刀具 , 如成型车刀、成型铣刀等 , 对如工表面的几何形状精度的影 响 , 主要决定于刀具本身的形状精度。展成法刀具 , 如齿轮滚刀、 插齿刀等的制造误差、 安装误差及磨损将影响 齿轮的加工精度。为了减少刀具制造误差和磨损对加工精度的影响 , 除合理规定定尺寸刀 具和成型刀具的制造误差外 , 应根据工件材料及加工要求 , 准确选择刀具材 料、切削用量、冷却润滑 , 并准确刃磨，以减少磨损磨损 。西安 技师工业大学继续教育学院毕(设计)论文 夹具误差 夹具误差主要是指定位元件 .

16、导向原件 . 对刀装置几夹具体 等零件的制造误差以及表面的磨损。这些误差对加工精度有很大的影响，因此 在设计和制造夹具时，应对影响工件精度的尺寸严格控制。2.2 工件装夹误差工件装夹误差 即因定位不正确产生的误差。定位误差定位误差产生的原因：(1) 定位基准与工序基准不重合(2) 定位面和定位元件制造不准确而引起的夹紧误差 工件或夹具刚度过低或夹紧力方向 . 作用点选择不当，都会使工 件或夹具产生变形，造成加工误差。2.3 机床的热变形及其对加工精度的影响图 2.8 所示为车床在工作状态下热变形，由于主轴箱的热变形，导至主轴 轴心线一方面太高，同时还发生倾斜。当然由于热变形，导轨也会产生弯曲变

17、 形，其结果将造成前顶尖连心线与导轨不平行。10西安 技师工业大学继续教育学院毕（设计）论文2 4 工件热变形及其对加工精度的影响零件在加工中所产生的热变形 , 主要是切削热的作用。 由于加 工方式的不 同，切削热传给工件的多少也不等 : 若车削加工中 , 传给工件的热量不到 10%, 传给刀具的热量不到 2%，铣削和刨削中 , 传给工件的热量约占切削热的 30%; 在钻孔及卧式锺孔加工中 , 因有较多的切屑留在孔内 , 钻削时由于横刃的挤 压作用、切屑和排屑槽的摩擦及散热条件不好等原因 ,| 传给工件的热量往往超 过总切削热的 50%; 磨削加工中 , 大约有 84% 的磨削热传给工件 ,

18、传给砂 轮的热量在 12% 左右￥只有 4% 左右被磨屑带走。另外 , 工件的受热均匀与否 , 对热变形的影响也很大。 若工件单面受热 , 就产生弯曲变形。 同时由于工件受热体积 （ 尺寸 ） 的不同 , 即使传人同样的 热量 , 温升和热变形也不一样 。工件受热均匀（如车外圆）在车外圆时，如果测得的工件温升为 t ，则热 伸长（直径和长度上） L 可以按以下公式计算：L=Lt式中 工件材料的线膨胀系数：L 工件在热变形方向上的尺寸t 平均升高温度例： 6 极丝杠的螺距累积误差在全长上不允许超过0.01mm，现磨削一根3m长丝杠，每磨削一次升温 3 能否达到要求？ （刚） L . mm 因此，

19、由于切削热引起的热伸长而产生的误差比规定的公差大倍，由此 可见热变形对加工产生的误差，加工螺纹时产生螺距误差。为了减少工件的热变形对加工精度的影响，可采取如下措施：）在切削区加充足的冷血液11西安 技师工业大学继续教育学院毕（设计）论文）提高切削速度或进给量，以减少传入工件的热量）粗、精加工分开，使粗加工的余热不带到精加工工序中 ）勿让刀具和砂轮过分磨钝后才进行刃磨和修正，以减少切削热和磨削 热）使工件在加紧状态下有伸缩的自由。2.4.1 刀具热变形及其对加工精度的影响在已阐述过切削热的大部分被切屑带走，传给刀具的热量只占小部分。但 是刀具的体积小 , 热惯性小 , 所以还是有相当高的温升和热

20、变形。 图 2.9 中 两条曲线中的 A 表示了车刀在连续工作状下的升温的变形过程， B 表示切削停 止后， 刀具冷却的变形过程 ;C 表示在加工一批短小轴类时， 由于刀具间断切削 而温度忽升忽降所形成的变形过程 。间断切削切削时刀具总的热变形比连续切 削时要小一些 . 最后其波动量保持在 A 范围内。因此 , 在调整好的转塔车床、 自动和半自动车床加工一批小零件日时才 , 刀具热变形对加工尺寸的影响并 不显著 ，但在开动机床后开始的一段时间内加工出一批零件尺寸偏大或偏小。12西安 技师工业大学继续教育学院毕（设计）论文毛坯内部的内应力也愈内应力暂时处于相对平衡的状态 , 但当切除一层金属后就

21、打破了这种平衡，内应力重新分布， 工件就明图 2.9 车刀的热伸长曲线工件的热胀冷缩 在锻. 铸. 焊及热处理等加热过程中，由于工件各部分热冷缩不均匀及金相组织转变时的体积变化使毛坯内部产生了相时内应力毛坯的 结构盒复杂各部分壁厚越不协调散热条件差别愈大大。具有内应力的毛坯在短时间内还看不时么变动显出现了变形工件在机床上加工，由于切削使温度增加工件膨胀（孔会增大，轴会变粗，但这都是微量的） ，工件缷下来之后逐渐冷却到常温， 它的膨胀也随之恢复到常 态。膨胀量 （mm）=直径（ dm）或长度（实际温度常温） 材料膨胀系数 （um） 例：镗床加工铸件 200D孔，精加工后温度为 30，常温为 14

22、，问缷活冷 却到常温时，孔缩多少？（铸铁膨胀系数 1.17um）解：由上式得： 2（ 31-15 ） 1.17=35.1um，即孔缩 0.0351mm。13西安 技师工业大学继续教育学院毕(设计)论文3 提高加工精度的工艺措施(1) 合理设计零件结构在机器零件的结够设计中 , 应尽量简化结构 , 减 少尺寸和璧厚差 , 增大零件的刚度 , 以减少在铸、 锻件毛坯制造中产生的残余 应力。(2) 对工件进行热处理和时效处理对铸、 锻、焊接件进行退火或回火 , 零 件摔火后进 行回火 , 对精度要求高的零件如床身、丝杠、箱体、精密主轴等 在粗加工后进行时效处理 .( 对一些要求很高的零件如精密丝杠、标准齿轮、 精密床身等 , 则要在每次切削加工后都要进行时效处理 。常用的时效处理方 法有 : 高 温 时 效 将 工 件 以 50-160 /h 的 速 度 , 均 匀 地 加 热 到 500600 , 保温 4-6h 后 以 20-50 /h 的冷 却速 度随 炉冷却到 100200取出 , 在空气中自然冷却。高温时效一般适用于毛坯或在租加工后 进行。 低温时效将工件均匀地加热到 200300 , 保温 36h 后取出 , 在 空气中自然冷却。低温时