机械制造工艺学 第三章 机械加工精度.ppt

1、2020/8/13，第3章加工精度第1节概述1。机械产品的质量取决于零件的加工质量和产品的装配质量。2.零件的加工质量1)几何加工精度、表面粗糙度2)物理性能硬度、强度、韧性、耐磨性等。3)化学性能和耐磨性。4)其他属性，2020年8月13日，加工精度：尺寸、形状、位置、加工精度和加工误差：加工的尺寸表示加工精度的等级。加工精度关系到设计精度、生产效率和加工成本。加工精度和工艺系统精度(原始误差)。工艺系统是由机床、夹具、工具和工件组成的统一体。设计精度：由零件工作图上的尺寸、形状和位置公差决定。2020年8月13日，2。影响加工精度的因素(原始误差分析)由原始工艺系统偏离理想位置引起的误差。

2、1.加工系统a初始状态的几何误差(加工前)、静态误差b、运动误差2、切削过程中物理因素(应力、热量、磨损等)引起的动态(效果)误差。a)加工中b)加工后例：精镗活塞销孔的原始误差。(图31)，2020年8月13日，2020年8月13日。第三，系统的原始误差在误差敏感方向对加工精度影响最大。例如，车削外圆时，刀尖在工件法线方向的误差导致最大加工误差r(图32)，2020年8月13日，分析：当，(忽略)当，(当它很小时，Rmin可以忽略)，2020年8月13日，4。研究加工精度的方法。单因素分析：分析某一原始误差对加工精度的影响。通过分析、计算、测量、实验等方法。2.统计分析方法：测量一批工件，处

3、理测量数据，判断加工误差的性质，找出误差的原因。3.在实际生产中，两种方法是结合在一起的。2020/8/13，第2节工艺系统几何精度对加工精度的影响1。加工原理1的误差。近似切削成形运动，例如：数控插补原理：加工直线或圆弧逼近曲线，在数控铣床上用球头铣刀加工曲面(线切割法)(图33) 2。近似刀具形状，例如：滚齿刀具3。近似计算示例：模数螺纹系数，右出口车刀；饲料；通过切割1-3毫米；收回车刀；测量；根据大小进食；通过切割。)通过试切方法1导致调整误差的因素。测量误差：测量工具、测量方法、使用条件等。2.机床拉伸机构的位移误差。不同切割状态引起的误差。例如，刀尖的圆角效果。2020/8/13，

4、(2)调整方法，如转动步长时的位置调整，导致调整误差的因素，1)液压死停铁0.01(高精度)电气行程开关0.01(灵敏度)，2)样品或模板误差，3)测量有限的试件引起的误差，2020/8/13，(3)其他方法1。浮动镗孔等。取决于工具的相关尺寸精度(与工具制造、安装和磨损相关)。2.自动控制方法，如自动或半自动磨床，取决于自动检测装置的精度和自动反馈控制系统的控制精度。第三，机床误差，例如：铣床有很多精度检验项目，2020年8月13日，(1)机床导轨误差(来自加工、装配、安装、磨损、温度等)。)1 .导向误差(直线度、扭曲和偏差、平行、垂直等)。2)车床直线度(图35) 1)水平面直线度y(图

5、36a)(将车刀夹具的中心设置为等于或等于工件轴线)2)垂直面直线度z(图36b)，2020/8/13，2020/8/13，2020/8/13，忽略的项目可忽略2020年8月13日，2020年8月13日， (4)导轨与主轴轴线的位置误差水平面内的平行度误差车削锥孔椭圆垂直内平行度误差车削(度)双曲线孔椭圆图3-9，2020年8月13日，(5)减少导轨误差的措施设计：结构、材料、热处理方法和润滑方法制造：时效处理、表面时效、精密加工等。 调整：间隙调整和水转移相等。用途：基础、安装、维护(清洗、防锈、润滑)，2020/8/13/2，导轨误差理论分析方法，滑板在导轨上移动，导向：5个自由度受限。坐

6、标系的建立：笛卡尔坐标系：用导轨固定。通常，I轴平行于主轴或垂直于笛卡尔坐标系，笛卡尔坐标系与滑板固定在一起。用滑板平移时，各坐标轴的方向始终与固定连接在导轨上的各坐标轴的方向一致。假设：刀具或工件上的任何点：如果点p绕着坐标ijk旋转并沿j和k平移，点p的位置会改变，从而导致加工误差。其中，yt和zt是由偏离I轴(导轨与主轴轴线在水平面和垂直面上的平行度误差)引起的。由扭曲引起的，由垂直面的直线度引起的，由水平面的直线度引起的，2020年8月13日(图310)，其中旋转角度误差的计算，2020年8月13日，坐标变换矩阵的列矩阵：那么：同样的原因：是，当1旋转时，有：2020年8月13日，当，

7、2020年8月13日，我恒等式矩阵积分xt(进给误差)，yt，z t和旋转角度引起的成形误差X， P点的线性误差为：(线性叠加)或(以方程形式改写)，例如，2020年8月13日，车削丝杠时导轨误差引起的螺距误差的坐标设定如图A1所示(x1(纵向X，横向Y) Y1，z1)=(0，H) x和P在同一方向，Y，工件的法向误差(使中间直径增大或减小)， 2020/8/13，2020/8/13，z产生刀具沿工件的切向误差(z导致工件相对于刀具的瞬时角位移误差)(正和负是图示的刀具位置)，2020/8/13。 综合引起的节距误差如下：(2)机床主轴旋转误差1基本概念实际旋转轴向理想轴漂移的三种基本形式(图

8、313)纯子午圆跳动、纯端面圆跳动和纯倾斜摆动，2020年8月13日。主轴回转精度检验方法(JB2670-82)(机床检验通则)径向跳动B轴向跳动(倾角摆动通常由径向跳动指数保证，如图所示)，2020/8/13，2主轴回转精度对加工精度的影响1)主轴端面纯圆跳动：(图314) (1)车削端面的垂直偏角近似螺旋面(误差)(2)， 2020/8/13，2)内圆跳动引起的圆度误差(图31517) (1)对镗孔的影响(图3-15)镗刀的主轴误差为：h=Acos(频率与主轴转角相同，刀尖到刀轴中心的距离为常数，r为固定值，为y方向的简谐运动。 )用简谐运动方程加工的孔是椭圆形的，有长轴(A/R)和短轴(

9、R，2020/8/13，2020/8/13)。(2)对车削孔的影响(图3-16)，以及从刀尖到平均旋转轴om: r的固定值，让工件主轴误差：hAcos沿y方向：r=0ra，2020年8月13日，3。影响主轴旋转精度的因素(1)轴承误差a)滚动轴承：圆度误差、波纹度误差、滚动体尺寸误差等。内圈、外圈滚道、滚动体等。b)滑动轴承工件旋转机床主轴直径椭圆误差(图3-17a)刀具旋转机床(图3-17b)，2020年8月13日，2020年8月13日，椭圆误差对工件旋转机床主轴轴承孔的影响：如果轴承孔承受相同的应力点，不会产生加工误差。主轴轴承孔的误差影响相反。另外，多油楔动压轴承主要受主轴直径误差的影响

10、。静压轴承的厚油膜减小了轴径和轴孔的误差，精度更高。2020年8月13日，椭圆误差对工具回转机床主轴直径的影响：主轴直径和主轴轴承孔对加工误差的影响与工件回转机床相反。(2)调整轴承间隙(3)安装轴承配件、主轴滚动轴承、主轴滚动轴承在轴径箱上的安装孔等。(4)主轴速度(5)其他因素，2020/8/13，4。提高主轴旋转精度的措施(1)提高制造精度(要求精度，成本高)(2)滚动轴承预紧(磨损大，发热)示例：固定中心(0.001)适用于低速轻载镗孔模具(图3-19)。刀杆与主轴浮动连接的旋转精度由刀杆精度和导套精度决定。2020/8/13，2020/8/13，2020/8/13，(3)机床传动链1

11、的传动误差。传动链首末部件的相对运动误差关系到传动链的精度分析。用展成法加工螺纹、齿轮和蜗轮时会产生加工误差。例如，螺纹的螺距误差、齿轮和蜗轮的螺距误差等。图3-20在滚齿传动链中，工件转角与滚刀转角的运动关系为：2020/8/13，2020/8/13。讨论了由传动件的节距误差、节距误差等原始误差引起的端件转角误差。假设工件的转角误差大于由jth传动部分的误差引起的工件的转角误差。K _ j误差传递系数(从k传动部分到最后一个商部分的传动比，j代表工件在传动链中的位置)，2020/8/13，k _ j _ 1(增加速度)，原始误差增大，k _ j _ 1(减小速度)，原始误差减小。总转角误差概

12、率法计算出转角误差是一个周期函数(转角误差在一个周期内重复)，即2020/8/13，总转角误差包括：测量系统原理图3-22分析仪工作原理图3-23，2020/8/13，2020/8/13，2020/8/13，2图3-21C分析原始误差，端件误差(直接反映为工件加工误差)，2020/8/13 传动误差的估计及其对加工精度的影响(1)齿轮转角误差或工件圆周相应累积误差(加工误差)的估计，2020/8/13，(2)螺距误差的估计，传动丝杠传动比的微分公式，近似结果：Ps丝杠原始误差I传动链误差，2020/8/13，4。 减少传动链传动误差的措施1。缩短传动链(减少传动件，减少原始误差)2。大减速比驱

13、动k 1，合理分配减速比。3.提高传动部件的精度4。误差补偿和校正机制。校准尺的校准机构、动态补偿和校准机构。5数控机床中的电子传动链，以2020年8月13日为例，YK3120滚齿机的创成运动和差速运动都是电子传动链。半闭环控制，跟踪主轴模式。数控车床螺纹加工工件的导向精度取决于主轴编码器的精度和机床刀架的进给精度。，2020年8月13日。4.夹具和磨损夹具的制造误差包括：1 .定位2。制造业。设计磨损夹具时，精加工夹具应取工件公差的1/21/3，粗加工夹具应取工件公差的1/51/10。5.刀具的制造误差和磨损刀具的类型(1)固定尺寸的刀具，(4)普通刀具的切削精度控制工件的尺寸或形状。切削误

14、差的类型包括：(1)制造误差。前三个刀具的制造误差会产生加工误差。(2)磨损和磨损曲线(图327)，2020年8月13日和2020年8月13日，第3节工艺系统应力变形对加工精度的影响一、基本概念：工艺系统应力：切削力、夹紧力、传递力、重力、惯性力等。工艺系统的应力变形：例如：车削细长轴时工件的弯曲变形；磨削小孔、磨头细长刀轴弯曲变形等。(图328)，2020年8月13日，2020年8月13日，工艺系统刚度：静态刚度：在Fy下，工艺系统的法向力Fy与刀具相对于工件在该方向上的位移y之比，即动态刚度：工艺系统在可变载荷下的动态响应特性。(包括：固有频率、共振频率、振幅、相角等。)，2020年8月1

15、3日，第二版。过程系统刚度的计算过程系统变形：过程系统各部件的刚度；工艺系统总刚度：2020/8/13，1工件刚度和刀具刚度的计算采用力学公式，例如：(1)两中心支承轴的力学模型为简支梁。(2)夹持在机床卡盘上的条形悬臂梁。2机床和夹具的刚度()机床和夹具刚度的计算值与实际值相差很大，实际值一般由实验方法确定。例如，2020年8月13日，车床刀架部件的刚性。测量值：k刀架4.6103(N/mm)根据机械公式计算，相当于3030200mm(长、宽、高)。对于方形刀架，刀架的实际尺寸仅为200200200毫米(尺寸从刀架到鞍座逐渐增大)，也就是说，测得的刚度远小于机械公式的计算值。2020/8/1

16、3，工艺系统刚度对加工精度的影响(1)切削力作用点位置变化时的影响(力的作用点沿轴向移动)1机床的变形假设：(1)工件是刚体，忽略变形。(2)刀具是刚体，忽略变形。(3)切削力不变。车床的变形由三部分组成：主轴箱、尾座和刀架。图329，2020年8月13日，机床总变形，2020年8月13日，其中，2020年8月13日，分析了工艺系统刚度的变化。)特征点：2020年8月13日。通常，由刚度引起的加工误差会使工件呈马鞍状。2020年8月13日，加工误差引起的工件形状误差：大变形，切削下金属层薄，工件直径大，变形小，切削下金属层厚，工件直径小，工件呈马鞍形(图3-30)。根据形位公差的定义：(原因：机床两个中心支撑处刚度不足)，工件(细长轴)变形或刚度不足，2020年8月13日。工