机械加工工艺质量.ppt

第1章 数控加工工艺基础 第1章 数控加工工艺基础 1.1数控加工工艺概 述 1.2 机械加工工艺 过程 1.3 机械加工精度 1.4 机械加工表面 质量 1 2 3 4 上页下页 1.3.1 机械加工精度 1.3.1机械加工精度概述 1.3.2影响机械加工精度的因素 1.3.3保证和提高机械加工精度的工艺途径 上页下页上一级 一、钳工与机械加工 u钳工：通过工人手持工具进行切削加工。 u机械加工（狭义）采用不同的机床（如车床、铣 床、刨床、磨床、钻床等）对工 件进行加工。 1.3.1 机械加工精度 机械加工（广义）是用加工机械对工件的外形 尺寸或性能进行改变的过程。 分类： 切削加工 冷加工 压力加工 热加工（化学、物相变化；热、锻、铸、焊 ） 1.3.1 机械加工精度 二、机械加工质量二、机械加工质量 尺寸精度 形状精度 位置精度 （通常形状误差限制在位置公差内，位 置公差限制在尺寸公差内） 表面粗糙度 波纹度 纹理方向 伤痕（划痕、裂纹、砂眼等） 加工精度加工精度 表面质量表面质量 表面几何形状精度 表面缺陷层 表层加工硬化 表层金相组织变化 表层残余应力 1.3.1 机械加工精度 三、加工精度与加工误差 1 1、加工精度：加工精度： 零件加工后实际几何参数与理想几何参数接近程度。符 合程度越高，加工精度越高，实际生产中零件不可能与理想 的要求完全符合。 2 2、加工误差：加工误差： 指加工后的实际几何参数（尺寸，形状和表面间的相互 位置）对理想几何参数的偏离程度，从保证产品使用性能分 析允许有一定的加工误差 （保证和提高加工精度问题-实际上就是限制和降低加工误 差问题 ） 1.3.1 机械加工精度 3 3、两者关系：、两者关系： （1）两者从正反面来评定零件的加工精度的高低 （2）加工精度(尺寸,形状,位置精度)三者关系 尺寸公差位置公差形状公差 形状公差限制在位置公差内 位置公差限制在尺寸之内 尺寸精度高位置、形状精度高 形状精度高位置、尺寸不一定高 （3）加工精度、加工成本、生产率三者关系 设计人员-合理规定加工精度 工艺人员-保证提高生产率和降低成本. 4 4、研究加工精度的目的：、研究加工精度的目的： 弄清各种原始误差的物理，力学本质，以及他们对加工精度影响的规 律，掌握控制加工误差的方法，获得预期的加工精度，需要时找出进一步 提高加工精度的途径。 1.3.1 机械加工精度 加 工 精 度 加工精度：指零件经切削加工后，其尺寸 、形状、位置等参数同理论参数的相符合 的程度，偏差越小，加工精度越高，它包 括： a. 尺寸精度：零件尺寸参数的准确程度。 b.形状精度：零件形状与理想形状接近程度。 c.位置精度：零件上实际要素（点、线、面）相对 于基准之间位置的准确度。 * 1.3.1 机械加工精度 25 0 -0.04 零件尺寸要素的误差大小。 问：精度的高低与哪两个因 素有关？ 公称尺寸和公差大小。 1.3.1 机械加工精度 尺 寸 精 度 国家标准规定：常用的分为20级，分别用 IT01、IT0、IT1、IT2IT18表示。数字越 大，精度越低。常用IT5-IT13精度划分： 高 精 度：IT5、IT6 通常由磨削加工获得。 中等精度：IT7-IT10 通常由精车、铣、刨获得。 低 精 度：IT11-IT13 通常由粗车、铣、刨、钻 等加工方法获得。 1.3 机械加工精度 精度等级 形 状 精 度 25 轴加工后可能产生的形状误差 0 0.013 1.3 机械加工精度 形 状 精 度 u指零件上实际要素的形状与理想形状相符合的程 度； u国家标准规定了六类形状公差（见下表） u形状精度的标注：框格分为2格， 箭头指向待表达的表面，数字表示 允许误差的大小，单位为毫米。 位 置 精 度 u指零件的实际要素（点、线、面）相对于基准 之间位置的准确度。 圆圈中的英文字母表示基准，框格分3格，箭头指向待 表达的表面 1.3 机械加工精度 精度等级尺寸精度范围Ra值范围 （m） 相应的加工方法 低精度IT13IT 112512.5粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等 中等 精度 IT10IT 96.33.2半精车、半精镗、半精铣、半精刨、 扩孔等 IT8IT 71.60.8精车、精镗、精铣、精刨、粗磨、粗 铰等 高精度IT7IT 60.80.2精磨、精铰等 特别 精密 精度 IT5IT2Ra0.2研磨、珩磨、超精加工、抛光等 零件精度等级及其相应的加工方法 1工艺系统的几何误差 2工艺系统的受力变形 3影响加工精度的其他因素 上页下页上一级 1.3.2影响机械加工精度的因素 工件相对于刀具静止状态 下已存在的误差 原原 始始 误误 差差 工艺系统原始状 态有关的原始误 差(几何误差) 工艺过程有关的 原始误差(动误差) 原理误差 定位误差 调整误差 刀具误差 夹具误差 机床误差 工艺系统受力变形（包括夹紧变形 ） 工艺系统受热变形 刀具磨损 测量误差 工件残余应力引起的变形 工件相对 于刀具运 动状态下 的误差 主轴回转误差 导轨导向误差 传动误差 原始误差构成 影响机械加工精度的因素影响机械加工精度的因素原始误差原始误差 （工艺系统的各（工艺系统的各 种误差）种误差） 1.3.2 影响机械加工精度因素 1 1、加工原理误差、加工原理误差 指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而 产生的误差。产生的误差。 式中式中 R R 球头刀半径；球头刀半径； h h 允许的残留高度。允许的残留高度。 例例1 1：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件 S R h 空间曲面数控加工 一、工艺系统的几何误差一、工艺系统的几何误差 1.3.2 影响机械加工精度因素 2 2、机床的几何误差、机床的几何误差 1）回转精度： 机床主轴在回转时实际回转轴线对理想回转轴线的相一 致程度。 2）回转误差： 机床主轴在回转时实际回转轴线对理想回转轴线的漂移。 3）误差产生原因： 由于主轴部件中轴承、轴颈、轴承座孔等的制造误差和 配合质量，润滑条件，以及回转时的动力因素的影响。瞬时 回转轴线的空间位置在周期性变化。 4）理想回转轴线：客观存在，但无法确定，通常是以平均 回转轴线来代替。 （1）机床主轴回转误差 1.3.2 影响机械加工精度因素 5）主轴回转误差基本形式： b）端面圆跳动 a）径向圆跳动 c）倾角摆动 径向圆跳动 端面圆跳动 角度摆动 1.3.2 影响机械加工精度因素 6）主轴回转误差对加工精度的影响 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔） 考虑最简单的情况，主轴回转中心在y方向上作 简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。 则刀尖的坐标值为： e 径向跳动对镗孔精度影响 式中 R 刀尖回转半径； 主轴转角。 显然，上式为一椭圆。 它主要影响加工工件的圆度和圆柱度。 1.3.2 影响机械加工精度因素 主轴端面圆跳动对车削工件端面的影响 它主要影响工件的的端面形状和轴向尺寸精度。 1.3.2 影响机械加工精度因素 刀走向，与理想轴线 平行 工件回转轴线 不变 主轴角度摆动对镗孔的影响 角度摆动是指瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角度作公转 对工件的形状精度影响很大，如车外圆时，会产生锥度。 1.3.2 影响机械加工精度因素 7）影响主轴回转精度的主要因素 滑动轴承 图1 轴径不圆引起车床主轴 径向跳动 AB 车床类机床（图1） 切削力的方向大体不 变，主轴经以不同部件 与轴承内孔的某一固定 部位相接触。因此影响 主轴回转精度的主要是 主轴轴径的圆度。 轴承对于回转误差的影响 1.3.2 影响机械加工精度因素 滚动轴承 内外滚道圆度误差、滚动体形状及尺寸误差 静压轴承 对轴承孔或轴径圆度误差起均化作用 推力轴承 滚道端面平面度误差及与回转轴线的垂直度误差 镗床类机床（图2） 切削力随主轴回转 而回转，主轴径总是以固 定部位与轴承孔内表面的 不同部位接触，因此轴承 孔的圆度对主轴回转精度 影响最大。 图2 轴承孔不圆引起镗床主轴 径向跳动 1.3.2 影响机械加工精度因素 1.3.2 影响机械加工精度因素 与轴承配合的零件误差的影响 轴承间隙的影响 轴承间隙对回转精度也有影响，如轴承间隙过大，会 使主轴工作时油膜厚度增大油膜承载能力降低，当工作 条件(载荷、转速等)变化时，油楔厚度变化较大，主轴轴 线漂移量增大。 由于轴承内、外圈或轴瓦很薄，受力后容易变形，因此 与之相配合的轴颈或箱体支承孔的圆度误差，会使轴承圈或 轴瓦发生变形而产生圆度误差。与轴承圈端面配合的零件如 轴肩、过渡套、袖承端盖、螺母等的有关端面，如果有平面 度误差或与主轴回转轴线不垂直，会使轴承圈滚道倾斜，造 成主轴回转轴线的径向、轴向漂移。箱体前后支承孔、主轴 前后支承轴颈的同轴度会使轴承内外圈滚道相对倾斜，同样 也会引起主轴回转轴线的漂移。 1.3.2 影响机械加工精度因素 8）提高主轴回转精度的措施 提高主轴部件的制造精度 首先应提高轴承的回转精度其次是提高箱体支承孔 、主轴轴颈和与轴承相配合有关表而的加工精度。此外， 还可在装配时先测出滚动轴承及主轴锥孔的径向圆跳动， 然后调节径向圆跳动的方位，使误差相互补偿或抵消，以 减少轴承误差对主轴回转精度的影响。 对滚动轴承进行预紧，消除间隙 对滚动轴承适当预紧以消除间隙，甚至产生微量过盈 由于轴承内外圈和滚动体弹性变形的相互制约，既增加了 轴承刚度，又对轴承内外圈滚道和滚动体的误差起均化作 用，因而可提高主轴的回转精度。 1.3.2 影响机械加工精度因素 使主轴回转误差不反映到工件上（误差转移） 直接保证工件在加工 过程中的回转精度而不 依赖于主轴，是保证工 件形状精度的最简单而 又有效的方法。 如采用两固定顶尖 支承磨削外圆柱面。 在镗床上加工箱 体类零件孔。采用前 后导向套的镗模。 1.3.2 影响机械加工精度因素 2 2、机床导轨导向误差 1）导轨导向精度及其对加工精度的影响 导轨导向精度： 机床导轨副的运动件实际运动方向和理想运动方向 的符合程度。两者之间的偏差值称为导向误差。 导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是 运动的基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度 。 包括： 导轨在水平面内的直线度， 导轨在垂直面内的直线度， 导轨面间的平行度（扭曲）， 导轨与主轴回转轴线的平行度（或垂直度）。 1.3.2 影响机械加工精度因素 2）导轨在水平面内的直线度（弯曲） 对于车床和外圆磨床由于刀尖相对于工件回转轴线在加 工表面径向方向的变化属敏感方向，故其对零件的形状精度 影响很大。 车床导轨在水平面内有弯 曲后，纵向进给中刀具相对工 件轴线不能平行。因而工件表 面上形成形状误差。当导轨向 后凸时，工件产生鼓形误差。 当导轨向前凸时，工件产生鞍 形误差。 1.3.2 影响机械加工精度因素 3）导轨在垂直面内的直线度（弯曲） 垂直面内直线度误差对车床的影响较小，可以忽 略不计。但对于龙门刨床、龙门铣床及导轨磨床来说，导 轨在垂直面内的直线度误差将直接反映到工件上。 1.3.2 影响机械加工精度因素 4）导轨面间的 平行度- 刀架与工件相对 位置偏斜 （锥度或马鞍形 ） 1.3.2 影响机械加工精度因素 3、机床传动链误差 1）传动链的传动误差是指内联系的传动链中首末两端传 动元件之间相对运动的误差。 例： 用滚齿机加工直齿轮时，要求滚刀和工件之间具有严格的 运动关系。即：滚刀转一转，工件转过一个齿，这种运动关系 是由刀具与工件的传动链来保证的。 当传动链中各传动元件如齿轮、蜗轮、蜗杆、丝杆、螺母 等有制造误差，装配误差和磨损时，就会破坏正确的运动关系 ，是被加工工件产生误差。 1.3.2 影响机械加工精度因素 缩短传动链长度 提高末端元件的制造精度与安装精度 传动比小，尤其是传动链末端传动副的传动比小， 因此采用降速传动保证传动精度的重要原则 采用校正装置对传动误差进行补偿 采用频谱分析方法，找出影响传动精度的误差环 节 2）提高传动精度措施 1.3.2 影响机械加工精度因素 三、工艺系统受力变形三、工艺系统受力变形 由于切削力等引起的工艺系统产生的弹性变形，使刀具和工 件在静态下调整好的相互位置，以及切削成形运动所需要的正确几 何关系发生变化，从而造成加工误差。工艺系统抵抗弹性变形的能 力越强，则加工精度越高，工艺系统抵抗弹性变形的能力，用刚度 k来描述。 1.3.2 影响机械加工精度因素 二、工艺系统受力变形 由于切削力等引起的工艺系统产生的弹性变形，使刀具和工 件在静态下调整好的相互位置，以及切削成形运动所需要的正确几 何关系发生变化，从而造成加工误差。工艺系统抵抗弹性变形的能 力越强，则加工精度越高，工艺系统抵抗弹性变形的能力，用刚度 k来描述。 1.3.2 影响机械加工精度因素 1、工艺系统刚度： 指工艺系统抵抗其变形的外力的能力。是指工件加工 表面在切削力法向分力Fy的作用下，刀具相对工件在该方 向位移y的比值。 1.3.2 影响机械加工精度因素 组成件的实体刚度 受力产生拉伸、压缩、弯曲变形 ；特别是薄弱件（楔条、轴套等）影响较大 连接表面接触变形 其大小与接触面压强有关 结合面间隙 零件表面摩擦力的影响 施力方向的影响，测试时只模拟Fy，实际上加工过程中， Fx，Fy，Fz同时作用。 影响机床部件刚度因素 1.3.2 影响机械加工精度因素 刀架部件的楔铁，刚度很差，很容易发生变形；滚动轴承的外 圈，壁薄，容易变形。 1.3.2 影响机械加工精度因素 部件中各零件的间隙，只要受到较小的力就会产生位移，严重影响部件的刚 度，加工中若单向受力，加载后间隙消除，间隙对位移没有影响；但像镗床 、铣床等，受力方向经常改变，则间隙将影响刀具相对于零件表面的准确位 置，产生较大的加工误差。 1.3.2 影响机械加工精度因素 （1）切削力作用点位置变化引起工件形状误差 2、工艺系统受力变形对加工精度的影响 ydj ytj ywz 工艺系统变形随受力点变化规律 Fp A A B B C C x L FAFB yx x 1.3.2 影响机械加工精度因素 工件刚度小-腰鼓形 工件刚度大-马鞍形 1.3.2 影响机械加工精度因素 (2)误差复映规律 切削加工中，由于 毛坯本身的误差（形状 或位置）使切削深度不 断变化，从而引起切削 力的变化，促使工艺系 统产生相应的变形，因 而工件表面上保留了与 毛坯表面类似的形状和 位置误差，但加工后残 留的误差比毛坯误差从 数值上大大减少了，这 一现象称为“误差复映 ” 1.3.2 影响机械加工精度因素 毛坯误差和加工误差的定量关系 如图： 毛坯有圆度误差g ， 复映到被加工表面的误差为 g 加工时最大切削深度为 ap1，最小切削深度为ap2， 设工件材料的硬度是均匀的 ，则在ap1处，切削力Fy1最 大，相应的变形y1也最大， 在ap2处，切削力Fy2最小， 相应的变形y2也最小。 1.3.2 影响机械加工精度因素 当车削加工时，xFy=1，则： 1.3.2 影响机械加工精度因素 机械加工中，误差复映系数通常小于1。 误差复映程度可用误差复映系数来表示，误差复映 系数与系统刚度成反比。由上式可得： 误差复映系数 表示加工误差与毛坯误差的比例关系，并定量的 反映了毛坯误差经加工所减少的程度。 v减少误差复映的方法 K越大，复映系数 越小 进给量f减少时，可以减小C，则 减小 增加走刀次数 减小毛坯误差值 v多次走刀总的的误差复映系数 当加工分几次走刀时，每次的误差复映系 数为： 由于 则 ，多次走刀可以提 高加工精度。 3、夹紧力、重力、传动力和惯性力引起的加工误差 夹紧力影响 a） b） 薄壁套夹紧变形 【例1】薄壁套夹紧变形 解决：加开口套 1.3.2 影响机械加工精度因素 【例】龙门铣横梁 龙门铣横梁变形 龙门铣横梁变形补偿 重力影响 解决：变形补偿 1.3.2 影响机械加工精度因素 1.3.2 影响机械加工精度因素 传动力与惯性力影响 理论上不会产生 圆度误差（但会产 生圆柱度误差） 周期性的力易会引 起强迫振动 传动力对加工精度的影响 z l R y Y Fp Fc Fcd Fcd y r a） O O r0 y Y Fp A Fcd rcd=Fcd / kc O Fc Fc / kc Fp / kc b） O 1.3.2 影响机械加工精度因素 v合理的结构设计： 设计工艺装备时，尽量减少连接面数目，注意刚度的 匹配，防止局部低刚度环节出现，设计基础件、支承件时，合 理设计零部件结构和截面形状。 v提高接触刚度 提高机床部件中零件接合表面的接触质量 给机床部件预加载荷 提高工件定位基准的精度和降低表面粗糙度值。 v采用辅助支承（中心架，跟刀架，镗杆支承等） （4）减少工艺系统受力变形的措施 1.3.2 影响机械加工精度因素 v采用合理装夹和加工方式 支座零件不同安装方法 1.3.2 影响机械加工精度因素 v热变形： 机械加工过程中，工艺系统会受到各种热的影响而产生 温度变形，称为热变形。这种变形将破坏刀具与工件的正 确几何关系和运动关系，造成工件的误差。 三、工艺系统热变形 v对加工精度的影响 精密加工和大件加工中，热变形的加工误差占工件总 加工误差的40%70%。 影响加工效率，为减少热变形，需要预热机床、降低 切削用量，增加工序（粗、精分开） 高精、高效、自动化加工时的热变形问题更加严重. 1.3.2 影响机械加工精度因素 1、工艺系统热源 v切削热： 切削时所作的功几乎全部转变成热，其热量以传 导的形式传递，对刀具和工件影响较大。 v摩擦热： 机械零件的摩擦轴承、导轨的摩擦而产生的热， 液压传功、电气传功等，都是热源，对机床影响较 大，以传导形式传递。 v其它热： 指工艺系统外部的，以对系统传热为主的环境温度和各种 辐射热。 1.3.2 影响机械加工精度因素 v各种热对加工精度的影响 切削热： 车削时，切屑带走热量可达50%80%，传给工件约 30%，传给刀具约5%。 铣削、刨削加工，传给工件30% 钻削和卧镗，切屑留在孔中，传给工件大于50% 磨削时，切屑带走热量4%，传导工件84%，工件表面温 度高 工艺系统热源 内部热源 外部热源 切削热 摩擦热 环境热源 辐射热 1.3.2 影响机械加工精度因素 摩擦热： 使工艺系统局部发热，引起局部温升和变形，破坏系 统原有的几何精度。 外部热源： 大型工件昼夜加工，由于温差引起工艺系统的热变形不 一样，照明光、散热器、日光等也会引起机床的局部温度和 变形。 1.3.2 影响机械加工精度因素 2、机床热变形引起的加工误差 车、铣 、钻、镗类机床： 主轴箱中的齿轮，轴承磨擦发热，润滑油发热是主要热源 ，使主轴箱及与之相连部分如床身或立柱的温度升高而产生 较的变形。 车床受热变形 a） 车床受热变形形态 运转时间 / h 0 1 2 3 4 50 150 100 200 位移 /m 20 40 60 80 温升 / Y y 前轴承温升 b） 温升与变形曲线 1.3.2 影响机械加工精度因素 龙门刨床、导轨磨床等机床 床身热变形是影响加工精度的主要因素：因其床身较长、 导轨稍有温差，就会产生较大的弯曲变形。 床身上下表面产生温差的原因，不仅是由于工作台运动时 导轨摩擦发热所知，环境温度的影响也很大。 导轨磨床受热变形 1.3.2 影响机械加工精度因素 各种磨床 v 热源： 液压传动系统和高速回转磨头，并且使用大量的切削液都 是磨床的主要热源。 v 变形： 砂轮主轴轴承发热、使主轴轴线升高并使砂轮架向工件方 向趋近，由于主轴前后轴承温升不同，主轴侧母线还会出现倾 斜，液压系统发热使床身各处温升不同，导致床身趋于前倾。 v 举例： 平面磨床： 热变形受油池安放位置及导轨摩擦发热的影响。 利用床身做油池，则床身下部温度高于上部，导轨产生中凹 变形。 油池移出后，导轨面的摩擦热使导轨上部温度高于下部，导 轨产生中凸变形。 1.3.2 影响机械加工精度因素 立式平面磨床受热变形形态 立式平面磨床： 主轴承和主电机的发热传到立柱，使立柱内侧温度高于外侧 ，因而引起立柱的弯曲变形。 （1）热源： 切削热（由于刀体小、热重复小、虽然传入刀具热量并 不多，但仍会有很高的温升） （2）变形规律： 1）连接切削曲线1 2）间断切削曲线2 3）冷却后的曲线3 (min) 车刀热变形曲线 连续切削升温曲线 冷却曲线 间断切削升温曲线 （m） may b0c 0.63may 3、刀具热变形 4、减少工艺系统热变形的主要途径 （1）减少发热和隔热 （2）强制冷却散热 （3）控制温度变化 （4）采用合理的结构设计 1、内应力 定义： 外部作用力去除后工件内存留的应力 特点： 具有内应力的零件处于一种不稳定状态，它内部的组织 有强烈的倾向要恢复到一个稳定的没有应力的状态，即使在 常温下，零件也会不断的缓慢地进行这种变化，直到残余应 力安全松弛为主，在这一过程中，零件将会翘曲变形，原有 的加工精度会逐渐丧失。 四、残余应力引起的变形 1）毛坯制造和热处理产生的残余应力 原因： 在铸、锻、焊、热处理等加工过程中，由于各部分冷 热收缩不均匀，以及金相组织的体积变化，使毛坯内部产 生相当大的残余应力。 例1： 下图表示一个内外壁厚相差较大的铸件，浇注后，冷却 过程如下： 壁A、C较薄，散热容易，冷却快。壁B冷却慢，当A、C从 塑性状态冷却到弹性状态时，B还处于塑性状态，这时A、C 收缩时B不起阻挡变形的作用，铸件内部不会产生内应力。 1、产生残余应力的原因 当B冷却到弹性状态时，A 、C的温度已经降低很多，收缩 速度很慢，但B收缩快，所以收 到A、C的阻碍，壁B受拉应力， A、C受压应力，以保持平衡。 在C上开一小口，C上压应 力消失，在A、B内应力作用力 ，内应力重新分布，达到平衡 ，工件翘曲。 例2： 机床床身铸件，为提高导轨面 的耐磨性，采用局部激冷的工艺 使他冷却更快一些，这样可以获 得高的硬度，但铸件内应力更大 ，导轨表面 经粗加工刨去一层， 引起内应力重新分布，产生弯曲 变形，新平衡过程需较长时间， 导轨精加工后除去大部分变形， 但内部还在变化，合格的导轨面 丧失原有的精度。 2）冷校直带来的残余应力 冷校直方法：在细长轴原有变形的相反方向上加力F，使 工件向相反方向弯曲，产生塑性变形，达到校直的目的 细长轴弯曲原因，经轧制的材料存在内应力，经车削后， 此内应力重新分布产生弯曲。 冷校直方法 F 3）切削加工带来的残余应力 3、减小残余应力措施 v 设计合理零件结构，提高零件刚性，使壁厚均匀。 v 合理安排工艺过程粗、精加工分开 v 避免冷校直 v 时效处理 合理采用先进工艺和设备 1、误差预防：指减小原始误差本身或减小原始误差的影 响。即减少误差源和改变原始误差源和加工误差的定量关 系。 直接减小原始误差 例：细长轴切削时采用反向切削。 六、提高加工精度的途径 转移原始误差 例：采用立刀安装把刀架的转角位移转移到误 差的不敏感方向 a）b） 转塔车床刀架转位误差的转移 易位法加工时误差均化过程 360 工件转角 累积误差 1 l1 l2 2 均化原始误差，如研磨加工、易位加工 就地加工（自干自） 要保证部件间什么样的位置关系就在这样的位置关 系上利用一个部件装上刀具去加工另一个部件。 误差分组（均分原始误差） 在线测量与在线补偿 2、误差补偿：指人为引入附加误差因素，以抵消或减小原 始误差的影响 高压油泵偶件自动配磨装置示意图 柱塞销 柱塞 丝杠加工误差补偿装置 1 工件 2 螺母 3 母丝杠 4 杠杆 5 校正尺 6 触头 7 校正曲线 附加位移 螺母附加转动 采用校正装置 积极控制起决定作用的误差因素 在复杂精密零件的加工中，当无法对主要精度参数直 接进行在线测量和控制时， 应该设法控制起决定作用的误差因素，把它掌握在很小的 变动范围内，例如精密螺纹磨床的自动恒温控制 v 以弹性变形补偿热变形 其他补偿方法 龙门铣横梁变形补偿 以弹性变形补偿热变形 附加夹紧力 v 以几何误差补偿受力变形 v 以热变形补偿热变形 以热变形补偿热变形 （3 3）表面纹理零件耐磨性的影响）表面纹理零件耐磨性的影响 表面纹理的形状和刀纹方向对耐磨性也有影响，原表面纹理的形状和刀纹方向对耐磨性也有影响，原 因是纹理形状和刀纹方向影响有效接触面积和润滑液的因是纹理形状和刀纹方向影响有效接触面积和润滑液的 存留，一般，圆狐状、凹坑状表面纹理的耐磨性好，尖存留，一般，圆狐状、凹坑状表面纹理的耐磨性好，尖 峰状的耐磨性差。峰状的耐磨性差。 在运动副中，两相对运动零件的刀纹方向和运动方在运动副中，两相对运动零件的刀纹方向和运动方 向相同时，耐磨性较好，两者的刀纹方向和运动方向垂向相同时，耐磨性较好，两者的刀纹方向和运动方向垂 直时，耐磨性最差。直时，耐磨性最差。 机床的几何误差 机床的几何误差主要包括主轴的回转运动误差 （图示）、导轨导向误差（图示）和传动误差 （图示） 。 工艺系统的其他几何误差 加工原理误差。 夹具误差。 调整误差。 刀具误差。 上页下页上一级 图1-10 磨床导轨在水平面内的直线度误差 上页下页上一级 图1-11磨床导轨在垂直面内的直线度误差 图1-12 机床导轨面间的平行度误差 上页下页上一级 工艺系统刚度，是指工件加工表面在切削力法向分 力的作用下，刀具相对工件在该方向上位移的比值 （k = Fy/y）。（图） 由于切削力着力点位置变化引起的工件形状误差 （图） 由于切削力变化而引起的加工误差（图） 其他力引起的加工误差（图） 上页下页上一级 1 1、加工原理误差、加工原理误差 指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而指采用了近似的成型运动或近似的刀刃轮廓进行加工而 产生的误差。产生的误差。 式中式中 R R 球头刀半径；球头刀半径； h h 允许的残留高度。允许的残留高度。 例例1 1：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件 S R h 空间曲面数控加工 二、工艺系统的几何误差二、工艺系统的几何误差 用展成法切削齿轮（刀齿有限,微 小折线组成曲线） 图1-13工艺系统受力变形引起的加工误差 上页下页上一级 图1-14系统刚度变化产生的加工误差 上页下页上一级 图1-15零件形状误差的复映 上页下页上一级 图1-16 夹紧力引起的加工误差 上页下页上一级 加工原理误差 工艺系统热变形 工件内应力 毛坯制造中产生的残余应力 冷校直带来的残余应力。 切削加工产生的残余应力。 上页下页上一级 1直接减少或消除误差（图） 2补偿或抵消误差（图） 3均分与均化误差 4转移变形和转移误差 （图） 5“就地加工”，保证精度 6加工过程中主动控制误差 上页下页上一级 1.3.3保证和提高机械加工精度的工艺途径 图1-17 反向进给车削细长轴 上页下页 上一级 图1-18导轨凸起补偿横梁变 上页下页 上一级 图1-19 利用镗模转移机床误差 上页下页上一级 1.4 机械加工表面质量 1.4.1表面质量的含义 1.4.2影响已加工表面质量的因素 1.4.3控制表面质量的工艺途径 上页下页上一级 表面粗糙度：零件表面微观不平的 程度 粗糙度 对零件使用性能的影响 (1) 耐磨性 - 表面越粗糙，摩擦阻力越大，磨损越快，耐磨性越差，但 太光滑，反而增加磨损。零件应规定合理的表面粗糙度。 表面不是越光越好 粗糙度 (2)配合性能 表面越粗糙，配合性能越不稳定 间隙配合，表面粗糙易磨损，造成间隙迅速加大，影响定位 精度 过盈配合，装配后使微小凸峰挤平，有效过盈量减少，联结 强度降低； 粗糙度 表面越粗糙，波谷越深且底部圆弧半径越小，越容易产生应 力集中，对承受交变载荷的零件波谷的位置易出现疲劳裂纹 。 (3)耐疲劳性 零件表面越粗糙，其疲劳强度越低 粗糙度 (4)抗腐蚀性 表面越粗糙，越容易腐蚀 表面越粗糙，越易在波谷处积 聚腐蚀物质，凹谷深度越大， 底部角度越小，腐蚀越厉害。 粗糙度 (5) 密封性 表面越粗糙密封性越差。静态密封引起渗漏；动态密封表面 不能太光滑。 (6)表面接触刚度 表面粗糙降低接触刚度， 影响机件的工作精度和抗振性。 粗糙度 表面粗糙度对零件使用性能的影响 耐磨性：表面粗糙度大磨损大寿命低。 抗耐腐蚀性：粗糙的表面易造成表面锈蚀。 耐疲劳性：表面越粗糙，疲劳强度越低。 配合性质：表面粗糙度影响配合性质的稳定性 。 接触刚度：表面越粗糙，接触刚度越低。 密封性：表面粗糙，密封性差。 轮廓算术平均偏差Ra 表面轮廓 Ra L=取样长度 OX 基准线 评定参数1： Ra轮廓算术平均偏差 表面轮廓 Ra L=取样长度 OX 基准线 评定参数1： 粗糙度 Ra轮廓算术平均偏差 在取样长度 lr 内，被测轮廓上各点到基准线的距离 Zi 的算术 平均值 粗糙度 评定参数2： Rz轮廓最大高度 在取样长度 lr 内，最大轮廓峰高Zp与最大轮廓谷深Zv之和的 高度。Rz=Zpmax+ Zv max 最大高度Rz 粗糙度 使用场合： 1、不允许有较深加工加工痕迹的表面 （如受交变应力） 2、表面很小不宜采用Ra时 注： Rz只能反映表面轮廓最大高度， 不能反映微观几何形状特征， 常与Ra联用 2.2 表 面 粗 糙 度 国家标准规定：表面粗糙度Ra第一系列分 为14个等级，0.012，,3.2,6.3,12.5, 100 数字越大，表面越粗糙。 表面粗糙度符号上的数值Ra,