ch06机械加工精度

机械加工精度普通高等教育机电类“十三五”规划教材机械制造工艺与装备第六章01概 述机械产品质量与零件的加工质量、产品的装配质量密切相关，保证机械产品质量是机械制造人员的首要任务。零件的加工质量将直接影响产品的性能、效率、寿命及可靠性等质量指标，它是保证产品制造质量的基础。零件的加工质量包括机械加工精度和加工表面质量两个方面。概述指机械加工后零件表面的实际形状与理想形状的符合程度。形状精度指机械加工后零件各表面间实际位置与理想位置的符合程度。位置精度概述指机械加工后零件的直径、长度和表面间距离等尺寸的实际值与理想值的符合程度。尺寸精度原始误差中一部分与工艺系统的初始状态有关，一部分与加工过程有关。影响加工精度的原始误差主要有：（1）与工艺系统的初始状态有关的原始误差（几何误差），包括加工原理误差、调整误差、测量误差和机床、刀具、夹具的制造误差，它们在切削加工前已经存在。（2）与工艺系统加工过程有关的原始误差（动误差），包括切削力及其他力引起的受力变形、切削热引起的受热变形，以及刀具磨损、测量误差和残余应力引起的变形。概述概述以外圆车削为例（见图6-1）分析原始误差与加工误差的关系。单因素分析法为简单起见，一般不考虑其他因素的同时作用，而研究某一确定因素对加工精度的影响。通过分析、计算、测试得到该因素与加工误差间的关系。统计分析法针对批量生产的工件的实测数据，运用数理统计方法进行数据处理，找出误差出现的规律，判断误差的性质，用于控制加工质量。概述02工艺系统的几何误差在机械加工的每一个工序中，总要对工艺系统进行调整。调整误差测量误差是工件的测量尺寸与实际尺寸的差值。测量误差工艺系统的几何误差加工原理误差是指由于采用了近似的成形运动或近似的切削刃轮廓进行加工而产生的误差。加工原理误差主轴回转误差1）主轴回转误差及其对加工精度的影响2）影响主轴回转精度的因素3）提高主轴回转精度的措施工艺系统的几何误差导轨导向误差1）导轨导向误差对加工精度的影响2）引起导轨误差的原因传动链的传动误差传动链的传动误差是指内联系的传动链中首、末两端传动元件之间相对运动的误差，一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。有些加工方法（如车螺纹、滚齿、插齿），要求刀具与工件之间必须具有严格的传动比关系（例如单头滚刀加工直齿时，要求滚刀转一转，工件转过一个齿），机床传动链的传动误差是影响这类表面加工精度的主要原因之一。工艺系统的几何误差不同种类刀具的误差对加工精度的影响不同。（1）定尺寸刀具（如钻头、铰刀、键槽铣刀、镗刀块、圆拉刀等）的尺寸误差将直接影响工件的尺寸精度。（2）成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、齿轮模数铣刀、成形砂轮等）的形状误差将直接影响工件的形状精度。（3）展成刀具（如滚齿刀、花键滚刀、插齿刀等）的切削刃形状是加工表面的共轭曲线，因此，切削刃的形状误差会影响加工表面的形状精度。（4）一般刀具（如车刀、镗刀、铣刀等）的制造误差对工件加工精度无直接影响，但这类刀具容易磨损。工艺系统的几何误差定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等的制造误差。夹具元件装配后工作面间的相对尺寸误差。夹具在使用过程中工作表面的磨损。工艺系统的几何误差03工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形车削细长轴时，工件在切削力作用下的弯曲变形使加工后的轴产生鼓形的圆柱度误差，如图6-15(a)所示。在内圆磨床上用横向切入法磨孔时，磨出的孔会产生带有锥度的圆柱度误差，如图6-15(b)所示。在车床上加工短轴时，工艺系统刚度变化不大，可近似看作常数。切削力大小变化——误差复映现象夹紧力引起的加工误差、重力引起的加工误差、惯性力引起的加工误差。其他力引起的加工误差工艺系统的受力变形切削过程中，工艺系统的刚度会随切削力作用点位置的变化而变化，因此工艺系统受力变形也随之变化，引起工件形状误差。切削力作用点位置变化引起的形状误差提高连接表面的接触刚度由于部件的接触刚度大大低于实体本身的刚度，所以提高接触刚度是提高工艺系统刚度的关键，特别是对机床设备，提高其连接表面的接触刚度，是提高机床刚度最简便、最有效的方法。工艺系统的受力变形常用的方法是提高工艺系统主要零件接合表面的配合质量，比如，机床导轨副、顶尖锥体与主轴和尾座套筒锥孔、顶尖与中心孔等配合面采用刮研与研磨，以提高配合表面的形状精度，减小表面粗糙度值，使实际接触面增加，从而有效地提高接触刚度。工艺系统的受力变形图6-24（a）表示车削较长工件时，采用中心架增加支承；图6-24（b）表示车细长轴时，采用跟刀架增加支承，都用来提高工件切削时的刚度。工艺系统的受力变形图6-25（a）所示是在转塔车床上采用固定导向支承套，图6-25（b）所示是采用转动导向支承套，用加强杆和导向支承套来提高部件的刚度。减小载荷及其变化采取适当的工艺措施，比如增大前角、让主偏角接近90°，适当减小进给量和背吃刀量，以减小切削力，尤其是法向切削力。合理装夹工件（尤其是薄壁工件），采取措施以减小夹紧变形。将毛坯分组，使一次调整中加工的毛坯余量比较均匀，就能减小切削力的变化和误差复映。工艺系统的受力变形内应力是由金属内部相邻组织不均匀的体积变化造成的。促成这种不均匀体积变化的因素主要来自冷、热加工。工艺系统的受力变形04工艺系统的受热变形工艺系统的热源热总是由高温处向低温处传递。热的传递有三种方式：传导、对流和辐射。工艺系统的热源可分为内部热源和外部热源两大类。内部热源主要是切削热和摩擦热，其热量主要以热传导的形式传递。外部热源是来自工艺系统外部的以对流传热为主要形式的环境热（与气温变化、通风、空气对流和周围环境等有关）和以辐射传热为主要形式的辐射热（由阳光、照明、暖气设备等发出的辐射热）。工艺系统的受热变形热平衡与温度场工艺系统在工作状态下，一方面经受各种热源的作用，温度会逐渐升高；另一方面，也通过各种传热方式向周围介质散发热量。当工件、刀具和机床的温度升到某一数值时，单位时间内传出和传入的热量接近相等，这时工艺系统就达到了热平衡状态。在热平衡状态下，工艺系统各部分的温度保持在某一相对固定的数值上，因而各部分的热变形也相应地趋于稳定。工艺系统的受热变形工件热变形使工件产生热变形的热源主要是切削热。对于精密零件，环境温度和局部日光等外部热源的辐射热也不容忽视。刀具热变形使刀具产生热变形的热源主要是切削热。切削热传入刀具的比例虽然不大（车削时为5%左右），但由于热量集中在切削部分，且刀具体积小，热容量小，所以刀具切削部分的温升仍较高。工艺系统的受热变形机床热变形使机床产生热变形的热源主要是摩擦热和外界传入的热量。机床各部件由于体积都比较大，热容量大，因此其温升一般不大。“”工艺系统的受热变形对发热量大且既不能从机床内部移出，又不便隔热的热源，可采用强制式的风冷、水冷等散热措施。改善散热条件在外移热源时，还应注意考虑均衡温度场的问题。均衡温度场工艺系统的受热变形为了减小切削热，应选用合适的切削用量和刀具几何参数。减少热源的发热和隔离热源工艺系统的受热变形图6-33所示为双端面磨床改进后的主轴结构，主轴1因轴承发热而向左伸长时，套筒3则向右伸长，带动整个主轴向右移动，两个方向的热变形可以相互抵消。05加工误差的统计分析系统误差系统误差可分为常值系统误差和变值系统误差。随机误差在顺序加工一批工件时，加工误差的大小和方向都是随机变化的，称为随机误差。加工误差的系统分析加工误差的系统分析①无变值性系统误差（或有但不显著）：②各随机误差之间是相互独立的；③在随机误差中没有一个是起主导作用的误差因素。正态分布加工误差的系统分析在影响加工误差的诸多因素中，如果砂轮或刀具的磨损比较显著，变值系统误差将占主导地位，则所得一批工件的尺寸将呈现平顶分布，如图6-38（b）所示。加工误差的系统分析加工轴时宁大勿小，故曲线凸峰偏向右；加工孔时宁小勿大，故曲线凸峰偏向左，如图6-38（d）所示。分布图分析法的应用1）判断加工误差性质2）确定工序能力及其等级3）确定合格品率及不合格品率加工误差的系统分析点图的基本形式点图分析法所采用的样本是顺序小样本，即每隔一定时间抽取样本容量n=5~10的小样本。点图上、下控制限确定x-R图上、下控制限，首先需要知道样本均值x和样本极差R的分布规律。加工误差的系统分析加工误差的系统分析表6-5所示是根据数理统计学原理确定的正常波动与异常波动的标志。06提高加工精度的途径直接减小原始误差直接减小原始误差是提高零件加工精度的基本方法。在查明影响加工精度的主要原始误差因素之后，设法对其直接进行消除或减小。转移原始误差误差转移法是把影响工件加工精度的原始误差转移到误差非敏感方向或转移到其他零部件上。提高加工精度的途径均分原始误差生产中会出现这样的情况：由于毛坯或上一道工序的加工误差较大，引起了很大的误差复映或定位误差，造成本工序的加工误差超差。均化原始误差有些误差如导轨的直线度、传动链的传动误差、刀具的误差，是根据局部的最大误差值来判定的。提高加工精度的途径误差补偿技术误差补偿就是人为增加一个误差源，使其与原