第七章机械加工精度.ppt
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1、第四章第四章 机械加工质量分析与控制机械加工质量分析与控制 优质、高产、低消耗是企业发展的必由之路。优质就是高的产品质量。高产就是生产效率高。低消耗就是成本低。产品的质量与零件的加工质量、产品的装配质量密切相关,而零件的加工质量是保证产品质量的基础。它包括零件的加工精度和表面质量两方面。零件的加工精度包括尺寸精度、形状精度和相互位置精度。第一节第一节机械加工精度概机械加工精度概述述2021/9/231一、加工精度与加工误差一、加工精度与加工误差理想几何参数理想几何参数表面表面绝对平面、圆柱面等;绝对平面、圆柱面等;位置位置绝对平行、垂直、同绝对平行、垂直、同轴等;轴等;尺寸尺寸位于公差带中心位
2、于公差带中心。1.加工精度加工精度2021/9/2322.加工误差加工误差2021/9/233二、尺寸、形状和位置精度间的关系二、尺寸、形状和位置精度间的关系2021/9/234三、获得加工精度的方法三、获得加工精度的方法1.获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法试切法试切法定尺寸刀具法定尺寸刀具法调整法调整法自动控制法自动控制法2021/9/2352.获得形状精度的方法获得形状精度的方法刀尖轨迹法刀尖轨迹法成形刀具法成形刀具法展成法展成法3.获得位置精度的方法获得位置精度的方法直接找正直接找正划线找正划线找正夹具定位夹具定位2021/9/236四、原始误差四、原始误差原始误差的种类原始误差的种
3、类工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差工艺系统受力变形引起的误差工艺系统受力变形引起的误差工艺系统热变形引起的误差工艺系统热变形引起的误差工件的残余应力引起的误差工件的残余应力引起的误差伺服进给系统位移误差等伺服进给系统位移误差等2021/9/237原始误差产生加工误差的根源,它包括:原始误差产生加工误差的根源,它包括:工艺系统静误差工艺系统静误差主轴回转误差导轨误差传动链误差一般刀具定尺寸刀具成形刀具展成法刀具 试切法调整法外力作用点变化外力方向变化外力大小变化机床几何误差机床几何误差工艺系统几何误差工艺系统几何误差原理误差原理误差调整误差调整误差测量误差测量误差定位误差定位误差工艺系统动误
4、差工艺系统动误差工艺系统力变形工艺系统力变形工艺系统热变形工艺系统热变形工艺系统内应力变形工艺系统内应力变形刀具几何误差刀具几何误差夹具几何误差夹具几何误差机床热变形工件热变形刀具热变形2021/9/238四、四、研究机械加工精度的方法研究机械加工精度的方法分析计算法统计分析法 是在掌握各种原始误差对加工精是在掌握各种原始误差对加工精度影响规律的基础上,分析工件加工度影响规律的基础上,分析工件加工中所出现的误差可能是哪一种或哪几中所出现的误差可能是哪一种或哪几种主要原始误差所引起的,并找出原种主要原始误差所引起的,并找出原始误差与加工误差之间的影响关系,始误差与加工误差之间的影响关系,通过估算
5、来确定工件加工误差的大小,通过估算来确定工件加工误差的大小,再通过试验测试来加以验证。再通过试验测试来加以验证。是对具体加工条件下得到的几何是对具体加工条件下得到的几何参数进行实际测量,然后运用数理统参数进行实际测量,然后运用数理统计学方法对这些测试数据进行分析处计学方法对这些测试数据进行分析处理,找出工件加工误差的规律和性质,理,找出工件加工误差的规律和性质,进而控制加工质量。进而控制加工质量。2021/9/239 加工精度加工精度尺寸精度形状精度位置精度 加工误差加工误差与理想零件的偏离加工精度的另一描述 工艺系统工艺系统机床刀具夹具工件 原始误差原始误差工艺系统的误差产生加工误差的根源包
6、括工艺系统静误差、动误差 研究加工精度方法研究加工精度方法研究加工精度方法研究加工精度方法分析计算法统计分析法2021/9/2310第二节第二节工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差一、原理误差一、原理误差 例如滚齿用的齿轮滚刀,就有两种误差,一是为了制造方便,采例如滚齿用的齿轮滚刀,就有两种误差,一是为了制造方便,采用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形误差;用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形误差;二是由于滚刀切削刃数有限,切削是不连续的,因而滚切出的齿轮齿形二是由于滚刀切削刃数有限,切削是不连续的,因而滚切出的齿轮齿形不是光滑的渐开线,而是折线。不是光
7、滑的渐开线,而是折线。成形车刀、成形铣刀也采用了近似的刀具轮廓。成形车刀、成形铣刀也采用了近似的刀具轮廓。采用近似的成形运动和刀具刃形,不但可以简化机床或刀具的结构,采用近似的成形运动和刀具刃形,不但可以简化机床或刀具的结构,而且能提高生产效率和加工的经济效益。而且能提高生产效率和加工的经济效益。2021/9/2311二、机床几何误差二、机床几何误差机床几何误差的来源机床几何误差的来源机床制造机床制造磨损磨损安装安装机床几何误差的组成机床几何误差的组成主轴回转误差主轴回转误差导轨误差导轨误差传动链误差传动链误差2021/9/2312机床的几何误差组成机床的几何误差组成机床几何误差机床几何误差机
8、床传动链误差机床传动链误差机床主轴回转误差机床主轴回转误差机床导轨误差机床导轨误差轴向窜动径向跳动角度摆动水平面内直线度垂直面内直线度前后导轨的平行度内联传动链始末两端传动元件间相对运动误差2021/9/23131、机床导轨误差、机床导轨误差机床导轨误差的基本形式机床导轨误差的基本形式水平面内的直线度水平面内的直线度垂直面内的直线度垂直面内的直线度前后导轨的平行度前后导轨的平行度(扭曲)(扭曲)现以卧式车床为例,说明导轨误差是怎样影响工件现以卧式车床为例,说明导轨误差是怎样影响工件的加工精度的。的加工精度的。2021/9/2314(1)导轨在水平面内直线度误差的影响导轨在水平面内直线度误差的影
9、响当导轨在水平面内的直线度误差为当导轨在水平面内的直线度误差为y时时,引起工件引起工件在半径方向的误差为(在半径方向的误差为(图图49):):R=y2021/9/2315YYoDR水平面水平面导轨水平面内直线度导轨水平面内直线度图图49导轨在水平面内直线度误差导轨在水平面内直线度误差2021/9/2316(2)导轨在垂直面内直线度误差的影响导轨在垂直面内直线度误差的影响设:设:Z=Y=0.01mm,R=50mm,则由于法向原始误差而产生的加工误差则由于法向原始误差而产生的加工误差R=Y=0.01mm,由于切向原始误差产生的加工误差由于切向原始误差产生的加工误差RZ2/d=0.000001mm此
10、值完全可以忽略不计。由于此值完全可以忽略不计。由于Z2数值很小,因此该误差对数值很小,因此该误差对工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。工件的尺寸精度和形状精度影响甚小。2021/9/2317垂直平面垂直平面导轨垂直面直线度导轨垂直面直线度ZdRZ图图410 导轨在垂直面内直线度误差导轨在垂直面内直线度误差Rd/22021/9/2318对平面磨床,龙门刨床对平面磨床,龙门刨床及铣床等,导轨在垂直面内及铣床等,导轨在垂直面内的直线度误差会引起工件相的直线度误差会引起工件相对于砂轮(刀具)产生法向对于砂轮(刀具)产生法向位移,其误差将直接反映到位移,其误差将直接反映到被加工工件上,造成形状误被加工工件
11、上,造成形状误差(图差(图7-117-11)。)。结论:结论:图图龙门刨床导轨垂直面龙门刨床导轨垂直面内直线度误差内直线度误差1刨刀刨刀2工件工件3工作台工作台4床身导轨床身导轨2021/9/2319(3)前后)前后导轨平行度误差的影响导轨平行度误差的影响 床身前后导轨有平行度误差(扭曲)床身前后导轨有平行度误差(扭曲)时,会使车床溜板在沿床身移动时发生时,会使车床溜板在沿床身移动时发生偏斜,从而使刀尖相对工件产生偏移,偏斜,从而使刀尖相对工件产生偏移,使工件产生形状误差(鼓形、鞍形、锥使工件产生形状误差(鼓形、鞍形、锥度)。度)。从从图图4-114-11可知,车床前后导轨扭曲的最终结果可知,
12、车床前后导轨扭曲的最终结果反映在工件上,于是产生了加工误差反映在工件上,于是产生了加工误差y y。从几何从几何关系中可得出:关系中可得出:yH/ByH/B 一般车床一般车床H2B/3H2B/3,外圆磨床外圆磨床HBHB,因此该项因此该项原始误差原始误差对加工精度的影响很大。对加工精度的影响很大。2021/9/2320图图411车床导轨扭曲对工件形状精度影响车床导轨扭曲对工件形状精度影响2021/9/23212、机床主轴回转误差、机床主轴回转误差(1)机床主轴回转误差的概念)机床主轴回转误差的概念主轴回转误差的基本形式主轴回转误差的基本形式轴向窜动轴向窜动纯径向跳动纯径向跳动纯角度摆动纯角度摆动
13、2021/9/2322下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来下面以在镗床上镗孔、车床上车外圆为例来说明主轴回转误差对加工精度的影响。说明主轴回转误差对加工精度的影响。说明主轴回转误差对加工精度的影响。说明主轴回转误差对加工精度的影响。车间车间所有机床,我们分为:所有机床,我们分为:工件回转类工件回转类刀具回转类刀具回转类误差敏感方向不变镗床镗床镗床镗床 车床车床车床车床加工时误差敏感方向和切削力方向随主轴回转而不断变化(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2021/9/2323主轴的纯径向跳动
14、对车削和镗削加工精度的影响主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响镗削加工:镗刀回转,工件不转镗削加工:镗刀回转,工件不转 假设由于主轴的纯径向跳动而使轴线在假设由于主轴的纯径向跳动而使轴线在y y坐标方向作简谐坐标方向作简谐运动(运动(图图4-44-4),其频率与主轴转速相同,简谐幅值为其频率与主轴转速相同,简谐幅值为A A;则则:Y Y=Acos =Acos (tt)且主轴中心偏移最大(等于且主轴中心偏移最大(等于A A)时,镗刀尖正好通过水平时,镗刀尖正好通过水平位置位置1 1处。处。当镗刀转过一个当镗刀转过一个角时(位置角时(位置11),刀尖轨迹的水平分),刀尖轨迹的水平分量和垂直分
15、量分别计算得:量和垂直分量分别计算得:y=Acos+Rcos=(A+R)cos y=Acos+Rcos=(A+R)cos Z=Rsin Z=Rsin将上两式平方相加得将上两式平方相加得:y y2 2/(A+R)/(A+R)2 2+Z+Z2 2/R/R2 2=1=1 表明此时镗出的孔为椭圆形。表明此时镗出的孔为椭圆形。2021/9/2324AAROm11,AcosO234ORsin(A+R)cos图图44镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响2021/9/2325车床加工:工件回转,刀具移动车床加工:工件回转,刀具移动假设主轴轴线沿假设主轴轴线沿y轴作简谐运动(轴作简谐
16、运动(图图4-5),在工件的在工件的1处(主轴中心偏移最大之处)切出的半径比在工件的处(主轴中心偏移最大之处)切出的半径比在工件的2、4处切出的半径小一个幅值处切出的半径小一个幅值A;在工件的在工件的3处切出的半径比处切出的半径比在工件的在工件的2、4处切出的半径大一个幅值处切出的半径大一个幅值A。这样,上述四点工件的直径都相等,其它各点直径这样,上述四点工件的直径都相等,其它各点直径误差也很小,所以车削出的工件表面接近于一个真圆。误差也很小,所以车削出的工件表面接近于一个真圆。Y2+Z2=R2+A2Sin2由此可见,主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆由此可见,主轴的纯径向跳动对车削加工工件的
17、圆度影响很小。度影响很小。2021/9/2326图图45车削时纯径向跳动对加工精度的影响车削时纯径向跳动对加工精度的影响2021/9/2327轴向窜动对车、镗削加工精度的影响轴向窜动对车、镗削加工精度的影响2021/9/2328图图46主轴轴向窜动对端面加工精度的影响主轴轴向窜动对端面加工精度的影响2021/9/2329角度摆动对车、镗削加工精度的影响角度摆动对车、镗削加工精度的影响主轴纯角度摆动对加工精度的影响,取决于不同主轴纯角度摆动对加工精度的影响,取决于不同的加工内容。的加工内容。2021/9/2330图图47主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响2021/9/2
18、331(3)提高主轴回转精度的措施)提高主轴回转精度的措施1)提高主轴的轴承精度。)提高主轴的轴承精度。2)减少机床主轴回转误差对加工精度的影响。)减少机床主轴回转误差对加工精度的影响。3)对滚动轴承进行预紧,以消除间隙。)对滚动轴承进行预紧,以消除间隙。4)提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承)提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承相配合的零件有关表面的加工精度。相配合的零件有关表面的加工精度。2021/9/2332讨论n镗床上镗孔时,工作台进给(图示),即工件直线进给运动,镗杆旋转运动。导轨在水平面、垂直面内的直线度误差对加工精度有何影响?n答:孔径没有误差,有圆柱度误差。轴线不直。因为误差
19、敏感方向不断变化。2021/9/23332021/9/2334讨论n若镗杆进给,即镗杆既旋转又移动(图示),导轨误差对加工精度有无影响?n答:不会产生孔的形状误差,但会产生孔的位置误差。2021/9/23352021/9/2336讨论n刨平面时,导轨误差对加工精度有何影响?n答:产生加工表面的直线度误差、平面度误差。n若刨削刚性很差的薄板时,会产生何种加工误差?n答:无形状误差,但有尺寸误差。2021/9/2337思考题n端铣时,若主轴回转轴线与工件进给方向不垂直,会产生何种加工误差?误差大小?2021/9/23383、机床传动链误差、机床传动链误差(1)机床传动链误差定义)机床传动链误差定义
20、指传动链始末两端指传动链始末两端执行元件间相对运动的误执行元件间相对运动的误差。差。(2)机床传动链误差描述)机床传动链误差描述传动链末端元件产生的转角误差。传动链末端元件产生的转角误差。它的大小它的大小对车、磨、铣螺纹,滚、插、磨(展成法磨齿)对车、磨、铣螺纹,滚、插、磨(展成法磨齿)齿轮等加工会影响分度精度,造成加工表面的形齿轮等加工会影响分度精度,造成加工表面的形状误差,如螺距精度、齿距精度等。状误差,如螺距精度、齿距精度等。2021/9/2339例如,车螺纹时,要求主轴与传动丝杠的转速比恒定例如,车螺纹时,要求主轴与传动丝杠的转速比恒定(图示图示),即),即Z1Z2(3)驱动丝杠误差的
21、产生)驱动丝杠误差的产生2021/9/2340图图车螺纹的传动误差示意图车螺纹的传动误差示意图S工件导程;工件导程;T丝杠导程;丝杠导程;Z1Z8各齿轮齿数各齿轮齿数2021/9/2341若齿轮若齿轮Z1有转角误差有转角误差1,造成造成Z2的转角误差为:的转角误差为:12i121Z111n=i1n1Z222n=i2n2Znnnn=innn在任一时刻,各齿轮的转角误差反映到丝杠的总误差为:在任一时刻,各齿轮的转角误差反映到丝杠的总误差为:传到丝杠上的转角误差为传到丝杠上的转角误差为1n,即:即:2021/9/2342(3)减少传动链误差的措施)减少传动链误差的措施1)尽量缩短传动链。)尽量缩短传
22、动链。2)提高传动件的制造和安装精度,尤其是末端)提高传动件的制造和安装精度,尤其是末端零件的精度。零件的精度。3)尽可能采用降速运动,且传动比最小的一级)尽可能采用降速运动,且传动比最小的一级传动件应在最后。传动件应在最后。4)消除传动链中齿轮副的间隙。)消除传动链中齿轮副的间隙。5)采用误差校正机构)采用误差校正机构2021/9/2343图图丝杠加工误差校正装置丝杠加工误差校正装置1工件工件2螺母螺母3母丝杠母丝杠4杠杆杠杆5校正尺校正尺6触头触头7校正曲线校正曲线2021/9/23441、刀具、刀具误差误差一般刀具一般刀具定尺寸刀具定尺寸刀具成形刀具成形刀具展成法刀具展成法刀具 如普通车
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- 关 键 词:
- 第七 机械 加工 精度
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