机械加工精度1tPowerPoint1演示文稿.ppt
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1、 3.机械加工精度机械加工精度3.1 概述概述3.2 工艺系统的制造误差及磨损对加工精度的影响工艺系统的制造误差及磨损对加工精度的影响3.3 工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形3.4 工艺系统的热变形工艺系统的热变形3.5 加工过程的其它误差加工过程的其它误差3.6 加工误差的统计分析加工误差的统计分析3.7 保证和提高加工精度的主要途径保证和提高加工精度的主要途径 3.机械加工精度机械加工精度 3.1 概述概述 零件的加工质量是保证机械产品质量的基础。零件的加工质零件的加工质量是保证机械产品质量的基础。零件的加工质量包括两方面的内容:量包括两方面的内容:机械加工精度机械加工精度 和和 表面
2、质量表面质量。这一章中先研究零件的机械加工精度,它是机械制造工艺学这一章中先研究零件的机械加工精度,它是机械制造工艺学的主要内容之一。的主要内容之一。3.1.1 机械加工精度机械加工精度 机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的符合程度。符合程度越高,加工精度就越高。数的符合程度。符合程度越高,加工精度就越高。加工精度包括三方面的内容加工精度包括三方面的内容:尺寸精度尺寸精度 形状精度形状精度 位置精度位置精度 1)尺寸精度尺寸精度 指的是零件加工后的实际尺寸和理想尺寸之间的符合程度。指的是零件加工后的实际尺寸和理想尺寸之间的
3、符合程度。这里的理想尺寸指的是零件图纸标注的设计尺寸的平均值。这里的理想尺寸指的是零件图纸标注的设计尺寸的平均值。例如例如:某一零件图纸标注的设计尺寸一零件图纸标注的设计尺寸为100-0.02 mmmm,则该该零件的理想尺寸是零件的理想尺寸是 99.99mm99.99mm。(怎样来的呢?)(怎样来的呢?)2 2)形状精度)形状精度 指的是零件加工后各个表面的实际形状和理想形状之间的符指的是零件加工后各个表面的实际形状和理想形状之间的符合程度。合程度。这里的理想形状指的是绝对准确的表面形状。这里的理想形状指的是绝对准确的表面形状。如:理想平面,理想圆柱体等如:理想平面,理想圆柱体等。3)位置精度
4、位置精度 零件加工后各个表面的实际位置和理想位置的符合程度。零件加工后各个表面的实际位置和理想位置的符合程度。这里的理想位置是绝对准确的相互位置。这里的理想位置是绝对准确的相互位置。例例:平行度就是两个平面平行度就是两个平面绝对平行绝对平行,垂直度就是准确的垂直度就是准确的90。零件的三个精度在数值上是有联系的,通常形状精度数值比零件的三个精度在数值上是有联系的,通常形状精度数值比位置精度数值小,位置精度数值又比尺寸精度度数值小,即:位置精度数值小,位置精度数值又比尺寸精度度数值小,即:T形状形状 T位置位置 T尺寸尺寸 当零件的尺寸精度较高,也就是零件的尺寸公差数值较小时,当零件的尺寸精度较
5、高,也就是零件的尺寸公差数值较小时,零件的位置公差数值和形状公差数值要更小一些。零件的位置公差数值和形状公差数值要更小一些。1.1.2 1.1.2 加工误差加工误差 1)加工误差)加工误差 任何一种加工方法,不管多么精密,都不可能把零件加工的任何一种加工方法,不管多么精密,都不可能把零件加工的 绝对准确。这时零件的实际几何参数相对于理想几何参数的偏离绝对准确。这时零件的实际几何参数相对于理想几何参数的偏离程度就称为加工误差。程度就称为加工误差。加工精度和加工误差是描述零件加工后实际几何参数和理想加工精度和加工误差是描述零件加工后实际几何参数和理想几何参数的两种不同的评价方法。几何参数的两种不同
6、的评价方法。加工精度的高低实际上是通过控制加工误差的大小来实现的。加工精度的高低实际上是通过控制加工误差的大小来实现的。保证和提高加工精度实际上就是限制和降低加工误差的大小。保证和提高加工精度实际上就是限制和降低加工误差的大小。一般来说,零件的加工精度越高,加工成本也越高。一般来说,零件的加工精度越高,加工成本也越高。因此设计人员要根据零件的作用合理地确定零件的加工精度,因此设计人员要根据零件的作用合理地确定零件的加工精度,工艺人员要采取适当的加工方法来保证加工误差不超过零件图上工艺人员要采取适当的加工方法来保证加工误差不超过零件图上容许的公差,并在此前提下尽可能地降低生产成本。容许的公差,并
7、在此前提下尽可能地降低生产成本。2)原始误差)原始误差 零件在加工过程中的尺寸关系、形状关系和位置关系的形成零件在加工过程中的尺寸关系、形状关系和位置关系的形成 最终取决于零件和刀具在切削过程中的相互位置关系。最终取决于零件和刀具在切削过程中的相互位置关系。而工件安装在夹具上,刀具安装在刀架上,并通过机床使两而工件安装在夹具上,刀具安装在刀架上,并通过机床使两者形成一个整体。因此我们把由者形成一个整体。因此我们把由 机床机床-夹具夹具-刀具刀具-工件工件 构成的整构成的整体称为体称为“机械加工工艺系统机械加工工艺系统”。机械加工工艺系统存在的种种误差就在不同条件下反映为工机械加工工艺系统存在的
8、种种误差就在不同条件下反映为工件的加工误差问题。件的加工误差问题。因此我们说因此我们说 工艺系统的误差工艺系统的误差 是是根源根源,反映在工件的加工误,反映在工件的加工误差是差是结果结果。因此把工艺系统的误差称为。因此把工艺系统的误差称为 原始误差。原始误差。原始误差是原始误差是在工件加工之前就存在的,因此在工件加工之前就存在的,因此 原始误差又称为原始误差又称为“静误差静误差”。3)加工过程的其它误差)加工过程的其它误差 零件加工过程中还会受到切削力、切削热或工件残余应力的零件加工过程中还会受到切削力、切削热或工件残余应力的作用,作用,使工艺系统在原始误差的基础上产生新的误差,这部分在使工艺
9、系统在原始误差的基础上产生新的误差,这部分在加工过程中产生的误差称为加工过程中产生的误差称为“动误差动误差”。零件的加工误差由工艺。零件的加工误差由工艺系统的静误差和动误差两部分综合决定。系统的静误差和动误差两部分综合决定。3.1.3 获得加工精度的方法获得加工精度的方法(1)试切法试切法(2)调整法调整法(3)定尺寸刀具法定尺寸刀具法 2)获得形状精度的方法获得形状精度的方法(1)成形运动法)成形运动法(2)成形刀具法)成形刀具法 3)获得位置精度的方法获得位置精度的方法 1)获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法 (1)机床保证法机床保证法 (2)找正安装法找正安装法 3.1.4 影响机械加
10、工精度的原始误差因素影响机械加工精度的原始误差因素 工艺系统的各种原始误差因素在加工过程中会引起工艺系统工艺系统的各种原始误差因素在加工过程中会引起工艺系统 中各个环节的相互位置发生变化,从而造成工件的加工误差。中各个环节的相互位置发生变化,从而造成工件的加工误差。2.工件装夹误差工件装夹误差 3.机床导轨误差机床导轨误差 4.工件热变形工件热变形 1.毛坯有误差毛坯有误差 现将加工过程中可能出现的种种原始误差因素归纳如下:现将加工过程中可能出现的种种原始误差因素归纳如下:3.1.5 原始误差和加工误差的关系原始误差和加工误差的关系 工件在加工时,由于各种原始误差因素的影响,会使刀具和工工件在
11、加工时,由于各种原始误差因素的影响,会使刀具和工件相互之间正确的几何位置关系遭到破坏,引起加工误差。件相互之间正确的几何位置关系遭到破坏,引起加工误差。各种原始误差的大小和方向是不同的,加工误差必须在工件加各种原始误差的大小和方向是不同的,加工误差必须在工件加工的工序尺寸方向上进行测量。因此不同的原始误差对工件的加工的工序尺寸方向上进行测量。因此不同的原始误差对工件的加工精度的影响不同。工精度的影响不同。当原始误差方向和工序尺寸方向一致时对加工精度影响最大。当原始误差方向和工序尺寸方向一致时对加工精度影响最大。车削外圆工件回转中心是车削外圆工件回转中心是O,半径为半径为Ro,刀尖正确位置在,刀
12、尖正确位置在A点。点。在某一瞬时刻,由于某种原始在某一瞬时刻,由于某种原始误差的影响,使刀尖位置由误差的影响,使刀尖位置由A移动移动到到A,A A即为原始误差即为原始误差。它与它与OA方向的夹角为方向的夹角为,引起,引起工件加工后的半径为工件加工后的半径为OA,在工件半径方向,即工序尺寸方向上产生的加工误差为在工件半径方向,即工序尺寸方向上产生的加工误差为R。R=(Ro2+2-2 RoCOS)-Ro 当原始误差方向与加工表面法向方向一致,当原始误差方向与加工表面法向方向一致,=180,COS=-1R=R=(Ro2+2+2+2 Ro*)-Ro=Ro+-Ro=当原始误差方向位于加工表面切向方向时,
13、当原始误差方向位于加工表面切向方向时,=90=90,COSCOS=0=0R=R=(Ro2+2)-Ro,将上式变换得将上式变换得(RR+Ro)2=2+Ro2,略去高阶无穷小,略去高阶无穷小RR 2,得:得:RR2/2/2Ro 通过一个例子,从数量关系上看原始误差对加工误差的影响。通过一个例子,从数量关系上看原始误差对加工误差的影响。设工件半径设工件半径R=20R=20,加工表面法线方向上的原始误差,加工表面法线方向上的原始误差yy=0.1,=0.1,加工表面切线方向的原始误差加工表面切线方向的原始误差zz也是也是=0.1=0.1,来分别看一下对加,来分别看一下对加工误差的影响。工误差的影响。RR
14、(zz)=R2/2Ro=0.10.12 2/2*20=0.00025/2*20=0.00025RR(yy)=y=0.1=400R0.1=400R(zz)由加工表面法线方向上的原始误差由加工表面法线方向上的原始误差yy产生的加工误差是加产生的加工误差是加工表面切线方向的原始误差工表面切线方向的原始误差zz产生的加工误差的产生的加工误差的 400400倍倍。为便于分析原始误差对加工误差的影响程度,把对加工精度为便于分析原始误差对加工误差的影响程度,把对加工精度影响最大的那个方向,即通过刀刃加工表面法向方向的误差称为影响最大的那个方向,即通过刀刃加工表面法向方向的误差称为误差的敏感方向误差的敏感方向
15、。而把对加工表面精度影响最小的那个方向,即。而把对加工表面精度影响最小的那个方向,即通过加工表面切线方向上的误差称为通过加工表面切线方向上的误差称为误差的不敏感方向误差的不敏感方向。由此可以看出由此可以看出:发生在加工表面法线方向上的原始误差对加发生在加工表面法线方向上的原始误差对加 工精度的影响比发生在加工表面切线方向的误差大得多。工精度的影响比发生在加工表面切线方向的误差大得多。一般对发生在加工表面切线方向的误差可以一般对发生在加工表面切线方向的误差可以忽略不计忽略不计。3.1.6 研究加工精度的方法研究加工精度的方法 研究加工精度的方法有两种:研究加工精度的方法有两种:1)单因素分析法)
16、单因素分析法 研究某一原始误差因素对加工精度的影响时,为简单起见,研究某一原始误差因素对加工精度的影响时,为简单起见,暂不考虑其它原始误差因素的影响,通过分析试验得出该原始暂不考虑其它原始误差因素的影响,通过分析试验得出该原始误差因素与加工误差的关系。误差因素与加工误差的关系。本章的第本章的第2、3、4、5节就是采用这种研究方法。节就是采用这种研究方法。2)统计分析法)统计分析法 对一批已加工工件进行测量,运用数理统计的方法,进行对一批已加工工件进行测量,运用数理统计的方法,进行数据处理,找出误差的性质,初步判断产生加工误差的原因,数据处理,找出误差的性质,初步判断产生加工误差的原因,再进一步
17、运用单因素分析法,找出产生加工误差的原因。再进一步运用单因素分析法,找出产生加工误差的原因。本章的第本章的第6节就是采用这种研究方法。节就是采用这种研究方法。这一章我们先用单因素分析法找出工艺系统原始误差与零这一章我们先用单因素分析法找出工艺系统原始误差与零件加工误差的关系,然后再用统计分析方法先确定误差性质,件加工误差的关系,然后再用统计分析方法先确定误差性质,再对影响零件加工精度的原因进行分析。再对影响零件加工精度的原因进行分析。第三章第一节复习思考题第三章第一节复习思考题:1什么是加工精度?什么是加工精度?2.什么是加工误差?加工精度和加工误差是什么关系?什么是加工误差?加工精度和加工误
18、差是什么关系?3尺寸精度、位置精度和形状精度在数量上有什么关系?尺寸精度、位置精度和形状精度在数量上有什么关系?4什么是机械加工工艺系统?由哪几个环节组成的?什么是机械加工工艺系统?由哪几个环节组成的?5什么是原始误差?什么是原始误差?6.什么是加工误差?原始误差和加工误差是什么关系?什么是加工误差?原始误差和加工误差是什么关系?7加工过程出现的原始误差分为几大类?加工过程出现的原始误差分为几大类?8什么是加工过程中的动误差?主要由什么产生?什么是加工过程中的动误差?主要由什么产生?9什么是误差敏感方向?什么是误差的非敏感方向?什么是误差敏感方向?什么是误差的非敏感方向?10研究加工误差的方法
19、有几种?研究加工误差的方法有几种?3.2 工艺系统的制造误差和磨损对加工精度的影响工艺系统的制造误差和磨损对加工精度的影响 3.2.1 机床的制造误差及磨损机床的制造误差及磨损 机床的制造误差和使用中的磨损会直接影响到零件的加工机床的制造误差和使用中的磨损会直接影响到零件的加工精度。影响最大的因素有三项,分别是:精度。影响最大的因素有三项,分别是:主轴的回转误差主轴的回转误差 1)主轴的回转误差)主轴的回转误差 主轴回转时,理想的回转中心应该是固定不变的。但实际中主轴回转时,理想的回转中心应该是固定不变的。但实际中由于主轴组件和主轴箱体孔的制造误差和磨损等影响,每个瞬时由于主轴组件和主轴箱体孔
20、的制造误差和磨损等影响,每个瞬时主轴实际回转轴线的空间位置是时刻在变化的。主轴实际回转轴线的空间位置是时刻在变化的。主轴的回转误差是主轴实际回转轴线对理想回转轴线的最大主轴的回转误差是主轴实际回转轴线对理想回转轴线的最大飘移。理想回转轴线虽然存在,但却无法确定其位置。因此常用飘移。理想回转轴线虽然存在,但却无法确定其位置。因此常用平均回转轴线,即主轴各瞬时平均回转轴线,即主轴各瞬时回转轴线的平均位置回转轴线的平均位置来代替。来代替。导轨误差导轨误差 传动链误差传动链误差 主轴回转轴线的误差运动可以分解为三种:主轴回转轴线的误差运动可以分解为三种:即:即:轴向串动轴向串动 径向跳动径向跳动 角度
21、摆动。角度摆动。(1)轴向串动:主轴实际轴线沿平均回转轴线作轴向运动。)轴向串动:主轴实际轴线沿平均回转轴线作轴向运动。(2)径向跳动:主轴实际轴线平行平均回转轴线径向运动。)径向跳动:主轴实际轴线平行平均回转轴线径向运动。(3)角向摆动:主轴实际轴线与平均回转轴线成一倾斜角度。)角向摆动:主轴实际轴线与平均回转轴线成一倾斜角度。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)轴向窜动的影响轴向窜动的影响 主轴轴向窜动,端面产生端面凸轮主轴轴向窜动,端面产生端面凸轮形状,产生平面度误差。产生平面度误差。加工螺蚊时主轴加工螺蚊时主轴轴向窜动使螺纹产生轴向窜动使螺纹产生单个螺距
22、的误差单个螺距的误差。因此螺纹磨床和因此螺纹磨床和精密丝杠车床对主轴精密丝杠车床对主轴的轴向窜动提出了很的轴向窜动提出了很高的要求,一般不大高的要求,一般不大于于0.0030.005mm。(2)径向跳动的影响)径向跳动的影响 径向圆跳动会影响到圆柱工件的圆度。径向圆跳动会影响到圆柱工件的圆度。实际上主轴的回转误差是由上述几种误差运动的合成运动。实际上主轴的回转误差是由上述几种误差运动的合成运动。(3)角度摆动的影响)角度摆动的影响 角度摆动会影响工件的圆柱度和端面的不平度。角度摆动会影响工件的圆柱度和端面的不平度。2)影响主轴回转精度的主要因素影响主轴回转精度的主要因素 主要因素:主要因素:主
23、轴的误差主轴的误差、轴承误差和箱体孔的误差轴承误差和箱体孔的误差等等。工件回转类机床工件回转类机床,如车床如车床,切削力方向大体不变切削力方向大体不变,在切削力在切削力作用下,主轴轴颈以不同部位和轴承内径某一固定部位接触,主作用下,主轴轴颈以不同部位和轴承内径某一固定部位接触,主要影响因素是主轴轴颈圆度误差,而轴承孔圆度误差影响较小。要影响因素是主轴轴颈圆度误差,而轴承孔圆度误差影响较小。刀具回转类机床刀具回转类机床,如铣床或镗床如铣床或镗床,切削力方向随主轴回转切削力方向随主轴回转变化,在切削力作用下,主轴轴颈总是以某一固定部位与轴承变化,在切削力作用下,主轴轴颈总是以某一固定部位与轴承内表
24、面不同部位相接触内表面不同部位相接触,对主轴回转精度影响较大的是对主轴回转精度影响较大的是轴承孔轴承孔的圆度误差的圆度误差,而而主轴轴颈的圆度误差主轴轴颈的圆度误差影响较小。影响较小。对于滚动轴承来说,轴承内环外滚道相当于主轴颈,外环内对于滚动轴承来说,轴承内环外滚道相当于主轴颈,外环内滚道相当于轴承孔。因此对于主轴采用滚动轴承支承情况下,也滚道相当于轴承孔。因此对于主轴采用滚动轴承支承情况下,也可以按照上述情况进行分析可以按照上述情况进行分析(请同学们分析一下)。(请同学们分析一下)。3)主轴回转精度的测量)主轴回转精度的测量(1)千分表测量法)千分表测量法 生产现场常采用主轴检棒和千分表测
25、量法。生产现场常采用主轴检棒和千分表测量法。先将主轴检棒插入主轴锥孔,分别用千分表在检棒近轴端和先将主轴检棒插入主轴锥孔,分别用千分表在检棒近轴端和远轴端检查主轴的径向跳动。再在检棒中心孔放入一个钢珠,用远轴端检查主轴的径向跳动。再在检棒中心孔放入一个钢珠,用千分表检查主轴的轴向跳动。千分表检查主轴的轴向跳动。这种方法比较简单,但只能测量出主轴的静态误差,如果要这种方法比较简单,但只能测量出主轴的静态误差,如果要检查出主轴的动态误差,一般采用传感器检查法。检查出主轴的动态误差,一般采用传感器检查法。这种方法是在主轴端部安装一个连接盘,在连接盘上粘结一这种方法是在主轴端部安装一个连接盘,在连接盘
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