《加工精度》机械制造工艺学第三章课件

机械制造工艺学,第三章 机械加工质量,加工精度 加工质量 表面质量,位置精度,尺寸精度,形状精度,第三章 机械加工质量分析与控制,第一节 概 述,一、加工精度和表面质量的概念,加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状及各表面相互位置等参数）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。反之，越低。,加工误差是指零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，加工误差的大小反映了加工精度的高低。只要这些误差在规定的范围内，就能满足机器使用性能的要求。,实际加工时不可能也没有必要把零件做得与理想零件完全一致，而总会有一定的偏差，即加工误差。,表面质量,（二）表面质量,二、获得加工精度的方法,1.获得尺寸精度的方法,2. 获得形状精度的方法,3. 获得位置精度的方法,三、表面质量对零件使用性能的影响,零件表面质量,影响疲劳强度,影响耐磨性,影响耐腐蚀性能,影响工作精度：配合性质,影响接触刚度,密封性和摩擦系数,第二节 影响加工精度的主要因素及其控制,原始误差：零件的机械加工是在一定的工艺系统中进行的。工艺系统中各方面的误差都有可能造成工件的加工误差，凡是能直接引起加工误差的各种因素都称为原始误差。,原始误差是产生加工误差的根源,图3-4 活塞销孔精镗工序中的原始误差,原始误差,研究机械加工精度的方法,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，并找出原始误差与加工误差之间的影响关系，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。,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，进而控制加工质量。,一、加工原理误差,原理误差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成形运动或近似的刀具轮廓而产生的误差。,例如: 阿基米德齿轮滚刀为了制造方便，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；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。 模数铣刀、数控加工（直线插补）,（一）机床误差,机床制造磨损安装,主轴回转误差导轨误差传动链误差,二、工艺系统静误差,Y,Y,o,D,R,水平面,导轨水平面内直线度,导轨在水平面内直线度误差,（1） 导轨导向精度对加工精度的影响,垂直平面,导轨垂直面直线度,Z,D,R,Z,导轨在垂直面内直线度误差,R,D/2,1）导轨在水平面内的直线度误差,当导轨在水平面内的直线度误差为y时，引起工件在半径方向的误差为： R=y,由此可见：床身导轨在水平面内如果有直线度误差，使工件在纵向截面和横向截面内分别产生形状误差和尺寸误差。,当导轨向后凸出时，工件上产生鞍形加工误差；当导轨向前凸出时，工件上产生鼓形加工误差。,床身导轨在垂直面内有直线度误差，会引起刀尖产生切向位移Z，造成工件在半径方向产生的误差为： R（Z）2/D,2）导轨在垂直面内的直线度误差,设：Z=Y=0.01mm ，R=50mm ， 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 R Z2/d =0.000001mm 由于Z2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。,误差敏感方向,同一大小的原始误差在不同方向所引起的加工误差不同，当原始误差方向为加工表面法线方向时，引起的加工误差最大。对加工精度影响最大的这个方向称为误差敏感方向。产生在加工表面切向方向（误差非敏感方向），可忽略不计。,对平面磨床，龙门刨床及铣床等，导轨在垂直面内的直线度误差会引起工件相对于砂轮（刀具）产生法向位移，其误差将直接反映到被加工工件上，造成形状误差。,龙门刨床导轨垂直面内直线度误差 1刨刀 2工件 3工作台 4床身导轨,传动链始末两端执行元件间相对运动的误差。用传动链末端元件产生的转角误差表示。,对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨（展成法）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。,在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之间有严格的传动比要求。要满足这一要求，机床内联系传动链的误差必须控制在允许的范围内。,（1）机床传动链误差及其对加工精度的影响,例：图3-16所示为某滚齿机用单头滚刀加工直齿轮时的传动链图。,（1）机床传动链误差及其对加工精度的影响,图3-16 齿轮机床传动链,图示为某滚齿机用单头滚刀加工直齿轮时的传动链图,例：图3-16所示为某滚齿机用单头滚刀加工直齿轮时的传动链图。由于传动链中各组成环节的制造和装配误差，每个传动件的误差都通过传动链影响被切齿轮的精度，由于各传动件在传动链中所处的位置不同，它们对被切齿轮的加工精度（即末端件的转角误差）的影响程度不同。,若齿轮z1有转角误差 ，而其他各传动件无误差，则由 产生的工件转角误差为：,k1z1到工作台的传动比。反映了齿轮1的转角误差对终端工作台转动精度的影响，称为误差传递系数。,1时，为升速运动，转角误差的影响将放大，反之则减小。,若第 j 个传动元件有转角误差 ，则该转角误差通过相应的传动链传递到工作台上的转角误差为：,在任一时刻，各传动件的转角误差反映到工件的总误差为：,式中 第 j 个传动件的误差传递系数。,*在整个传动链中，接近末端的传动元件的转角误差对传动链精度的影响比较大。,（2）减少传动链误差的措施,1）缩短传动链长度，减少传动链中传动件数目2）采用降速运动，且传动比最小的一级传动件应在最后。（降速比递增的原则）3）提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端零件的精度，消除传动链中齿轮副的间隙。4）采用误差校正装置（人为误差，以抵消误差）,工艺系统受力变形对加工精度的影响a)细长轴车削时工件的受力变形 b）内圆磨头主轴弯曲变形,（一）工艺系统受力变形引起的误差,三、工艺系统的动误差,1. 工艺系统的刚度,工艺系统的刚度可定义为在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比。 反映了工艺系统整体抵抗其变形的能力。,工艺系统刚度的概念,工艺系统刚度：加工面法向的作用力与该方向上刀具、工件的相对位移的比值。如果力与变形是在静态下测得的，由此得出的刚度称为静刚度。静刚度主要影响工件的几何精度，动刚度则反映系统抵抗动态力的能力，主要影响工件表面的波度和表面粗糙度。,2. 机床部件刚度特点,机床结构复杂，组成的零部件多，各零部件之间有不同的联接和运动方式，因而机床部件的刚度问题就比较复杂。很难用理论公式来计算，一般都用实验方法来测定。,工艺系统的刚度是由组成工艺系统各部件的刚度决定的。,单向加载测定车床刚度 1心轴 2、3、6千分表 4测力环 5螺旋加力器,主轴部件、尾座及刀架的变形可分别从千分表2、3和6读出。,图3-19 车床刀架的静刚度特性曲线、分别表示三次加载,机床部件刚度的特点,1）力与变形不呈线性关系刀架不是纯弹性变形2）加载曲线与卸载曲线不重合加载卸载循环中有能量损失（摩擦力、接触面塑性变形）3）卸载曲线回不到原点有残留变形4）部件刚度远小于相同尺寸的整体零件的刚度,影响机床部件刚度的因素,联接表面间的接触变形（图示）薄弱零件本身的影响（图） 接合面间摩擦力的影响接合面间的间隙,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引起的工件形状误差工艺系统的刚度除受各组成部件的刚度影响之外，还随受力点位置的变化而变化。工艺系统的刚度在沿工件轴向的各个位置是不同的，所以加工后工件各个横截面上的直径尺寸也不相同，造成了加工后工件的形状误差（如锥度、鼓形、鞍形等）。,图3-21 工件在顶尖上车削后的形状1理想形状 2考虑主轴、尾架变形后的形状 3考虑主轴、尾架变形及刀架变形后的形状,刚度变化造成工件误差1理想的工件形状2k头k尾时车出的工件形状,（2）切削力大小变化引起的加工误差（误差复映）,在加工过程中，由于工件加工余量或材料硬度不均匀，都会引起切削力的变化，从而使工艺系统受力变形不一致而产生加工误差。,图3-22 误差复映现象,图3-22车削短圆柱工件外圆,理想形状,由于毛坯存在的圆度误差,引起了工件产生圆度误差,由于工艺系统受力变形的变化而使毛坯误差部分地反映在工件上的现象叫做 “误差复映”。 误差复映系数，定量地反映了毛坯误差加工后减小的程度,由以上分析可知，当工件毛坯有形状误差或相互位置误差时，加工后仍然会有同类的加工误差出现。,可以证明, 与工艺系统刚度呈反比，工艺系统的刚度kxt越大，复映系数越小，毛坯误差复映到工件上去的部分就越少。 一般1，经加工之后工件的误差比加工前的误差减小。 若经过n次走刀加工后，则误差复映为 g=12nm 总的误差复映系数 =12n 1,a. 提高工艺系统的刚度，从而减小误差复映系数b. 采用多次走刀可减小其影响,减小误差复映的措施：,惯性力、传动力、夹紧力和重力,图3-23 套筒夹紧变形误差 工件 开口过渡环,图3-25工件自重引起的加工误差,机床部件自重引起的横梁变形,4. 减小工艺系统受力变形的措施,（1）合理设计零部件结构（2）提高连接表面的接触刚度 （3）采用合理的装夹方式，提高装夹刚度,（二） 工件残余应力引起的加工误差,残 余 应 力,在没有外部载荷的情况下，存在于工件内部的应力，又称内应力。,产生原因,残余应力是由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均匀的体积变化而产生的，促使这种变化的因素主要来自冷、热加工。,四、保证和提高加工精度的工艺措施,查明产生加工误差的主要因素后，设法对其直接进行消除或减弱，如细长轴加工用跟刀架会导致工件弯曲变形，现采用反拉法切削工件受拉不受压不会因偏心压缩而产生弯曲变形,（1）减少误差法,（2）误差补偿法,人为地造出一种新的原始误差，去抵消原来工艺系统中存在的原始误差，尽量使两者大小相等、方向相反而达到使误差抵消得尽可能彻底的目的。,误差预防 误差补偿,（3）误差分组法,（4）误差转移法,误差转移法就是把原始误差从误差敏感方向转移到误差的非敏感方向,四、保证和提高加工精度的工艺措施,（5）就地加工法,全部零件按经济精度制造，然后装配成部件或产品，且各零部件之间具有工作时要求的相对位置，最后以一个表面为基准加工另一个有位置精度要求的表面，实现最终精加工。,（6）误差均分法,误差均分法就是利用有密切联系的表面之间的相互比较和相互修正或者利用