第三章 机械制造工艺学课件.pdf

3-1 概 述 机械加工精度机械加工精度 3-1 概 述 零件机械加工质量机械加工精度和加工表面质量 一、机械加工精度包括尺寸、形状、位置精度 1.1.机械加工精度机械加工精度：零件加工后的实际几何参数与理想零件的几何参数相符合符合的程度。2.2.机械加工误差机械加工误差：零件加工后的实际几何参数与理想几何参数相偏离的程度。3.决定机械加工精度的关键：工艺系统的精度 工艺系统由机床、夹具、刀具、工件构成 4.工艺系统的误差称为原始误差 提高和保证加工精度的问题就是控制和减小原始误差的问题提高和保证加工精度的问题就是控制和减小原始误差的问题因为因为工艺系统误差是工艺系统误差是“因因”，加工误差是，加工误差是“果果”三者之间是有联系：形状公差应限制在位置公差之内，而位置误差一般也应限制在尺寸公差之内 当尺寸精度要求高时，相应的位置精度、形状精度也要求高 形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度有时不一定要求高 问题：问题：1 1、尺寸、形状、位置精度间关系、尺寸、形状、位置精度间关系 2 2、机械加工精度与加工成本间关系、机械加工精度与加工成本间关系 影响加工精度的因素影响加工精度的因素 二二.影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素 例：图3-1 1、工件装夹误差：定位误差、夹紧误差 2、调整误差：夹具位置、定位菱形销位置、对刀调整 3、工艺系统几何误差：机床、刀具、夹具的制造误差 4、工艺系统动误差：切削力、切削热、磨擦引起的工艺系统的变形和磨损 5、测量误差、工件毛坯内应力而引起的加工误差.误差的误差的敏感方向敏感方向 三、误差的敏感方向 对加工精度影响最大的方向称之 原始误差的方向与工序尺寸方向一致时，原始误差对加工精度的影响最大。例：图3-2 四、研究加工精度的方法 1)单因素分析法 研究某一确定因索对加工精度的影响，一般不考虑其它因素作用 2)统计分析法以生产中一批工件的实测结果为基础，运用数理统计方法进行数据处理，以控制工艺过程：判断误差性质、找出误差出现的规律、指导解决加工精度问题 3 3-2 2 工艺系统的儿何精度对加工精度的影响工艺系统的儿何精度对加工精度的影响一、加工原理误差一、加工原理误差 第二节第二节 工艺系统的儿何精度对加工精度的影响工艺系统的儿何精度对加工精度的影响 一、加工原理误差加工原理误差采用原理上近似的成形运动或近似的刀具轮廓进行加工所引起的误差。加工原理误差多出现于螺纹、齿轮、复杂曲面加工中；应用近似加工，在理论误差可以满足加工精度要求的前提下(10%-15%尺寸公差)，是提高生产率和经济性的有效工艺方法。一般加工原理误差应一般加工原理误差应10%10%-15%15%工件公差工件公差 二、调整误差二、调整误差 二二、调整误差调整误差 1.调整误差调整误差由于调整不准确而产生的误差 工艺系统的调整有两种基本形式工艺系统的调整有两种基本形式：(1)(1)试切法调整试切法调整试切、测量、调整，直至符合规定的尺寸要求 影响调整误差的因素：影响调整误差的因素：1）测量误差、2）机床进给机构位移误差、3）试切厚度与正式切削厚度不同而产生的误差 试切法调整加工特点：试切法调整加工特点：生产效率低，只适于单件小批生产；调整法调整法加工前调整好刀具与工件之间的相对位置 影响调整误差的因素：影响调整误差的因素：1）影响试切法的所有因素、2）定程机构、3）样件或样板误差、4）测量有限试件造成的误差 调整法加工特点：调整法加工特点：生产效率高,广泛采用行程挡块、行程开关、夹具 三、机床误差三、机床误差（一）导轨导向误差（一）导轨导向误差 三、机床误差三、机床误差 机床的制造误差、安装误差和磨损，如导轨导向误差、主轴回转误差和传动链的传动误差 （一）机床导轨导向误差（一）机床导轨导向误差 1 1、导轨导向误差及其对加工精度的影响导轨导向误差及其对加工精度的影响 1 1）导轨导向精度导轨导向精度导轨副的运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度。直线导轨的导向精度包括：导向精度包括：导轨在水平面内和垂直面内的直线度误差（弯曲）前后两导轨的平行度误差（扭曲）导轨对主轴回转轴线在水平面内和垂直面内的平行度或垂直度误差。（一）导轨导向误差（一）导轨导向误差 2 2）导轨导向精度对切削加工的影响导轨导向精度对切削加工的影响 （1)工件旋转，刀具沿导轨移动机床：（如车床）床身导轨在水平面内的导向误差y引起的加工误差：Ryy 床身导轨在垂直面内的导向误差z引起的加工误差：Rz(z)2D 车床前后两导轨扭曲（扭曲量）引起的加工误差 结论：结论：1 1、车削加工时误差敏感方向为水平方向，垂直方向的导向误差产生、车削加工时误差敏感方向为水平方向，垂直方向的导向误差产生的加工误差的加工误差R Ry y可忽略可忽略 2 2、导轨扭曲量、导轨扭曲量引起的加工误差不可忽略引起的加工误差不可忽略 一般车床 H/B 2/3，外圆磨床 H B，（一）导轨导向误差（一）导轨导向误差 （3)刨床加工：误差敏感方向为垂直方向，床身导轨在垂直平面内的直线度引起加工表面直线度及平面度误差（2)刀具旋转，工件沿导轨移动机床（如镗床）：误差敏感方向随刀具回转而变化，因此导轨在水平和垂直面内的导向误差（y、z）均直接影响被加工孔轴线的直线度误差 导轨与主轴回转轴线不平行，镗出的孔为椭圆；导轨的扭曲导致被加工孔对定位基准的位置误差 2.2.影响导轨导向精度的因素：影响导轨导向精度的因素：1）加工误差、2）安装不正确、3）磨损、4）加工中受力变形或热变形（二）机床主轴的回转误差（二）机床主轴的回转误差1 1、基本概念、基本概念 （二）机床主轴的回转误差主轴实际回转轴线对于理想回转轴线的漂移（最大偏离值）1、基本概念：理想回转轴线以实际回转轴线的平均空间位置（平均回转轴线）主轴回转轴线的运动误差可分解为以下三种基本形式：径向圆跳动：III 作等幅跳动；端面圆跳动：I II 始终沿II作等幅的轴向窜动 倾角摆动：II 与 I 始终成一倾角，作等幅摆动，且交点始终不变 I：瞬时回转轴线 II平均回转轴线 2 2、主轴回转误差对加工精度的影响、主轴回转误差对加工精度的影响1 1）端面跳动对加工精度的影响）端面跳动对加工精度的影响 2 2、主轴回转误差对加工精度的影响、主轴回转误差对加工精度的影响 1）主轴端面跳动对加工精度的影响 （1）车、镗端面时，将产生端面与圆柱面轴线垂直度误差或端面平面度误差 （2）加工螺纹时，将产生螺距周期误差 机床主轴端面圆跳动的幅值通常都有严格的要求，如精密车床的主轴端面圆跳动规定为 2 3m，甚至更严 2 2）径向跳动对加工精度的影响）径向跳动对加工精度的影响 2）主轴的径向圆跳动对加工精度的影响 （1）若主轴的径向回转误差表现为其实际轴线在y坐标方向上作简谐直线运动 工件产生圆度误差工件产生圆度误差，刀具回转类机床：以镗床镗孔为例：以镗床镗孔为例：原始误差 h=Acos，某时刻（主轴转过 角），加工表面与镗刀接触点的坐标（Om为原点）为：结论：主轴有径向回转误差时结论：主轴有径向回转误差时，镗出的孔为椭圆形孔镗出的孔为椭圆形孔，圆度圆度误差为径向圆跳动幅值误差为径向圆跳动幅值A A 为椭圆参数方程 2 2）径向跳动对加工精度的影响）径向跳动对加工精度的影响 工件回转类机床：以车床加工孔为例：以车床加工孔为例：原始误差 h=Acos，由于车刀刀尖到平均回转轴线Om的距离R为定值，则某时刻（主轴转过 角），a1 点对应的 r 值r=Rh=RAcos，a1 点坐标（Om为原点）为：即：即：略去A2，则为圆方程 结论：结论：1.1.车削加工主轴径向回转误差车削加工主轴径向回转误差对工件圆度影响很对工件圆度影响很小（2 2）若主轴几）若主轴几何轴线作偏心运动，则无论车或镗，何轴线作偏心运动，则无论车或镗，都能得到一个半径等于刀尖到平均轴都能得到一个半径等于刀尖到平均轴线距离的圆线距离的圆不产生圆度误差不产生圆度误差 （3 3）一般精密车床的主轴径向圆跳）一般精密车床的主轴径向圆跳动误差应控制在动误差应控制在5m5m以内。以内。3 3）轴线倾角摆动对加工精度的影响）轴线倾角摆动对加工精度的影响 3 3、主轴几何轴线倾角摆动对加工精度的影响、主轴几何轴线倾角摆动对加工精度的影响表现为两种情况 1）几何轴线相对于平均轴线在空间成一定锥角 的圆锥轨迹（从各截面看相当于几何轴心绕平均轴心作偏心运动）无论是车削还是镗削，都能获得个正圆无论是车削还是镗削，都能获得个正圆 2 2）几何轴线在某一平面内作角摆动（从各截面看相当于实际轴线在一平面内作简谐直线运动）：车削加工（工件回转）时，不产生圆度误差，但产生圆柱度误差车削加工（工件回转）时，不产生圆度误差，但产生圆柱度误差 镗削加工（刀具回转）时，产生圆柱误差镗削加工（刀具回转）时，产生圆柱误差 注意：注意：主轴工作时其回转轴线的漂移运动主轴工作时其回转轴线的漂移运动总是上述三种型式的误差运动的合成总是上述三种型式的误差运动的合成 3、影响主轴回转精度的主要因素轴承的误差、轴承间隙、与轴承配合零件的误差、主轴系统的径向不等刚度和热变形。主轴转速对主轴回轴误差也有影响。1）轴承误差的影响轴承误差主要指轴颈和轴承孔的圆度和波度 (1)(1)主轴采用滑动轴承时主轴采用滑动轴承时 单油楔动压滑动轴承单油楔动压滑动轴承:工件回转类机床（如车床、磨床等），影响的主要因素是主轴轴颈的圆度和波度，而轴承孔的形状误差影响较小 刀具回转类机床（如镗床等），影响的主要因素是轴承孔的圆度和波度 3 3、影响主轴回转精度的因素、影响主轴回转精度的因素1 1）轴承误差的影响）轴承误差的影响 1 1）轴承误差的影响）轴承误差的影响 采用多油楔动压滑动轴承时：采用多油楔动压滑动轴承时：主轴回转精度较高，而影响回转精度的，主要是轴颈的圆度。采用静压滑动轴承时：采用静压滑动轴承时：可得到较高的主轴回转精度 (2)(2)主轴采用滚动轴承时主轴采用滚动轴承时主轴系统受主轴系统受轴承内、外圈滚道的圆度误差和波度、滚动体尺寸误差、前后轴承内环孔偏心、滚道端面跳动、装配质量等影响 轴承内、外圈滚道的圆度误差和波度对回转精度的影响，类似单油楔动压滑动轴承（外圈滚道相当于轴承孔，内圈滚道相当于轴）滚动轴承滚动体的尺寸误差引起主轴回转的径向圆跳动，周期是：主轴每回转两周，主轴轴线径向圆跳动一次 推力轴承推力轴承滚道端面误差造成主轴的端面圆跳动误差 滚锥、向心推力轴承滚锥、向心推力轴承内外滚道的倾斜会造成主轴的端面圆跳动、径向圆跳动和摆动 轴承间隙及其它因数的影响轴承间隙及其它因数的影响 2）轴承间隙的影响间隙过大将增大主轴轴线漂移量间隙过大将增大主轴轴线漂移量 3）与轴承配合零件误差的影响 与滚动轴承内外圈配合的轴颈和外壳孔，或与轴瓦配合的外壳孔的圆度误差，将使轴承内外圈或轴瓦产生圆度误差而造成主轴轴线的径向漂移 轴承轴向定位的端面（轴肩、过渡套轴承盖、螺母等有关端面）的平面度或与主轴回转轴线不垂直，将造成主轴回转轴线的径向和轴向漂移 4）主轴转速的影响主轴转速在某个范围内的回转精度较高，超过该范围误差增大 5）主轴系统的径向不等刚度和热变形 4、提高主轴回转精度的措施 （1）提高主轴部件的制造精度 （2）对滚动轴承进行预紧 （3）避免主轴的回转误差反映到工件上（三）机床传动链的传动误差（自学）（三）机床传动链的传动误差（自学）（三）机床传动链的传动误差（自学）1传动链精度分析 传动链传动误差传动链传动误差传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差 传动链中，末端元件转角误差为：kj第j个传动件到末端件的传动比，也称误差传递系数；j第j个传动件的转角误差 若考虑到传动链中各传动元件的转角误差都是独立的随机变量，则传动链末端元件的总转角误差可用概率法进行估算：传动链的传动误差传动链的传动误差 4减少传动链传动误差的措施 (1)传动件数少，传动链短，传动精度高。(2)采用降速传动（(i 1 1只说明该工序的工序能力足够，加工中是否会出废品，只说明该工序的工序能力足够，加工中是否会出废品，还要看调整得是否正确还要看调整得是否正确 4 4、用点图分析时：工艺过程稳定性与出不出废品是两个不同的概念、用点图分析时：工艺过程稳定性与出不出废品是两个不同的概念 5 5、客观存在的工艺过程与人为规定的零件公差之间如何正确地匹配，是工序能、客观存在的工艺过程与人为规定的零件公差之间如何正确地匹配，是工序能力系数的选择问题。力系数的选择问题。_X四、机床调整尺寸四、机床调整尺寸