第七章 机械加工精度

1、 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。的符合程度。 加工质量加工质量 机械加工精度机械加工精度 表面质量表面质量 尺寸精度尺寸精度 形状精度形状精度 位置精度位置精度 表面粗糙度表面粗糙度 表面层的物理、力学性能表面层的物理、力学性能 加工误差是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的偏差加工误差是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的偏差 程度。误差是精度的度量。程度。误差是精度的度量。 机床机床夹具夹具刀具刀具工件工件 环境环境 加工原理误差加工原理误差 工艺系统的几何误差工艺系统的几何误差 工件与

2、刀具的相对位置在静止状态已存在的误差。如：刀具、夹具的制造工件与刀具的相对位置在静止状态已存在的误差。如：刀具、夹具的制造 误差与磨损，定位误差等。误差与磨损，定位误差等。 工件与刀具的相对位置在运动状态下存在的误差。如：机床主轴回转误差工件与刀具的相对位置在运动状态下存在的误差。如：机床主轴回转误差 导轨导向误差、传动链误差等。导轨导向误差、传动链误差等。 工艺系统的受力变形：工艺系统的受力变形：力效应误差力效应误差 工艺系统的受热变形：工艺系统的受热变形：热效应误差热效应误差 调整误差调整误差 测量误差测量误差 误差的性质误差的性质 系统误差系统误差 常值系统误差常值系统误差 变值系统误差

3、变值系统误差 随机误差随机误差 2 2 2 )xx( e 2 1 y 6 X 随机误差有大有小它们对称分布于随机误差有大有小它们对称分布于 尺寸分布中心的左右。尺寸分布中心的左右。 距尺寸分布中心越近的随机误差出距尺寸分布中心越近的随机误差出 现的可能性越大。现的可能性越大。 随机误差在一定范围内分布。随机误差在一定范围内分布。 6,1,1 4 3 2 1 丝丝工 P c b b a a m iP Z Z Z Z iP 2833333. 66 30 29 24 26 1 工 P )(0001479. 02831854. 62833333. 6mmP )(002.00001479.0 6 100

4、 mmP 累积 sin cos)( Rz RAy 1 )( 2 2 2 2 R z AR y cos Ah 一般机床：一般机床：1000：0.02 精密机床：精密机床：1000：0.01 接触精度：每平方英寸不少接触精度：每平方英寸不少 于于20个点。个点。 R2 h R R 0RRR2h Rh)RR( RhR 2 2 22 222 222 则则： 项项：忽忽略略 由于刀尖相对于工件回转轴线在加由于刀尖相对于工件回转轴线在加 工表面切线方向的变化属非敏感方工表面切线方向的变化属非敏感方 向，故其对零件的形状精度影响极向，故其对零件的形状精度影响极 小。小。 由于刀尖相对于工件回转轴线由于刀尖相

5、对于工件回转轴线 在加工表面径向方向的变化属在加工表面径向方向的变化属 敏感方向，故其对零件的形状敏感方向，故其对零件的形状 精度影响很大。精度影响很大。 yR a B H y H y B a sintg H y sin, B a tg 很很小小， 一般：一般： 车床：车床： 磨床：磨床： 3 2 2 1 B H 1 B H 对零件精度的影响不容忽视对零件精度的影响不容忽视 4 3 2 1 z z z z i PiP 丝工 diPdPidP 丝丝工 iPPiP 丝丝工 由丝杠副传动误差引起的误差由丝杠副传动误差引起的误差 由传动链总传动比误差引起的误差由传动链总传动比误差引起的误差 iPP 丝

6、工 2 s i ： 丝杠总的转角误差，即由各传动件的转角误差累积到丝杠总的转角误差，即由各传动件的转角误差累积到 丝杠上的误差之和。丝杠上的误差之和。 s 设：设： ：为传动链中第：为传动链中第j个环节传动件在工件转一转内的转角误差个环节传动件在工件转一转内的转角误差 ：为第：为第j个传动件到机床丝杠的传动比个传动件到机床丝杠的传动比 ：第：第j个传动件的转角误差所引起的丝杠转角误差个传动件的转角误差所引起的丝杠转角误差 j j i j jjj i n j js 1 2 443 4 3 3 2 4 3 21 4 3 2 1 1 zzzz zzzz z z z z z z z z 2 4 2 3

7、 2 4 3 2 2 2 4 3 2 1 2 4 3 2 1 2 4 2 3 2 2 2 1 )()()( zzzz zzzzs z z z z z z z z 由此可见：由此可见： 传动链短，则传动精度高；传动链短，则传动精度高； 传动比传动比i小，则传动精度高；传动链中采用降速比的传动是保证传动精小，则传动精度高；传动链中采用降速比的传动是保证传动精 度的重要原则度的重要原则； 传动链中最后一个传动件的精度要高。传动链中最后一个传动件的精度要高。 一般刀具如：车刀、立铣刀等，主要靠调整刀具位置来保证加工一般刀具如：车刀、立铣刀等，主要靠调整刀具位置来保证加工 尺寸，其制造精度不会影响加工尺

8、寸精度。但刀具的磨损将对工尺寸，其制造精度不会影响加工尺寸精度。但刀具的磨损将对工 件的加工精度产生影响。件的加工精度产生影响。 B L L NB 1 0 1 1000 LL NB B 0 0 式中：式中： Fy：切削力在：切削力在Y方向的分力；方向的分力； y：系统在切削力：系统在切削力Fx、Fy、Fz共同作用下在共同作用下在Y方向上的变形；方向上的变形； )/(mmN y F K y 加载、卸载曲线不符合虎克定律；加载、卸载曲线不符合虎克定律； 有残余变形；有残余变形； 加载曲线平坦，卸载曲线较陡；加载曲线平坦，卸载曲线较陡； 部件刚度远小于单件的刚度；部件刚度远小于单件的刚度； 工艺系统

9、是由机床、刀具、夹具、工件等组成，系统的受力变工艺系统是由机床、刀具、夹具、工件等组成，系统的受力变 形应等于各环节在误差敏感方向的变形之和。即：形应等于各环节在误差敏感方向的变形之和。即： 夹夹具具工工件件刀刀具具机机床床系系统统 yyyyy 夹夹具具工工件件刀刀具具机机床床 系系统统 系系统统 K F K F K F K F F y F K yyyy yy 夹夹具具工工件件刀刀具具机机床床系系统统 K 1 K 1 K 1 K 1 K 1 L x FF L xL FF ywz yct L x )yy(yy ctwzctx L x K F ) L xL ( K F ) L x ( K F )

10、L xL ( L x ) K F K F ( K F y ct y wz y ct y ct ct wz wz ct ct x 2 wz y 2 ct y x ) L x ( K F ) L xL ( K F y jc y dj y wz y ct y jc djxjc K F K F L x K F L xL K F y yyy 22 )()( djwzctjc KL x KL xL KK 1111 22 L xxL EI F y y g 22 )( 3 st y g y dj y wz y ct y st gjcst K F K F K F L x K F L xL K F y yyy 2

11、2 )()( EIL xxL KL x KL xL KK djwzctst 3 )(1111 22 22 c c F c F c F YX pFcy KfaCFF 车削时车削时XFc=1，在一次走刀中，在一次走刀中f 不变，故：不变，故： py aAF st p st y st p st y K aA K F y K aA K F y 22 2 11 1 , 210pp aa 021211 )( st pp st K A aa K A yy 0 1 1 st K A 011 1 1 , st K A 021122 2 2 , st K A 0211 , nnnn st n n K A 1 21

12、 nz 可见：可见：n，则：，则： Kst，则：，则： 工件的内应力工件的内应力 毛坯热应力毛坯热应力 切削加工内应力切削加工内应力 冷校直内应力冷校直内应力 对于铸、锻、焊毛坯，由于对于铸、锻、焊毛坯，由于 各部分厚度不均，冷却速度各部分厚度不均，冷却速度 不等而产生的内应力。不等而产生的内应力。 对于铸件：对于铸件： “厚拉薄压厚拉薄压” “心部受拉、表层受压心部受拉、表层受压” 力的作用使工件表层产生力的作用使工件表层产生 压应力，热作用使工件表压应力，热作用使工件表 层产生拉应力。在大多数层产生拉应力。在大多数 的情况下热的作用大于力的情况下热的作用大于力 的作用，故工件表层应力的作用

13、，故工件表层应力 通常呈通常呈“表层受拉，里层表层受拉，里层 受压受压”状态。状态。 减少内应力的措施：减少内应力的措施： 时效处理；时效处理； 结构上保证壁厚均匀；结构上保证壁厚均匀； 刚度适当；刚度适当； 减少切削力，减少切削力，“小切深，多走刀小切深，多走刀”； 尽量不用冷校直工序；尽量不用冷校直工序； ）：主切削力（ ：切削热传递的百分比 ）切削速度（ 式中： NF K smv sJKvFQ c c cc /: )/( 铣、刨时：铣、刨时：Q工件 工件50% 磨削时：磨削时： Q屑 屑4%， ， Q砂轮 砂轮12%， ， Q工件 工件84% 如图所示，主轴转速如图所示，主轴转速1200

14、rpm，工作，工作 8小时后，主轴抬高量达小时后，主轴抬高量达140m，在，在 垂直面上的倾斜为垂直面上的倾斜为60 m/300mm。 机床的热变形主要体现在：机床的热变形主要体现在：主轴部件主轴部件 导轨导轨 床身床身 立柱立柱 工作台等部工作台等部 件上。件上。 车、镗类机床其主要热源为主轴箱的车、镗类机床其主要热源为主轴箱的 发热。造成主轴的位移和倾斜。发热。造成主轴的位移和倾斜。 铣床主要表现在主轴在垂直面上的倾斜。铣削后将影响工件的平面与定位基铣床主要表现在主轴在垂直面上的倾斜。铣削后将影响工件的平面与定位基 面之间的平行度或垂直度。面之间的平行度或垂直度。 外圆磨床主要表现在砂轮架

15、、工件头架的位移和导轨的凸起。外圆磨床主要表现在砂轮架、工件头架的位移和导轨的凸起。 龙门刨、龙门铣床的热变形主要表现在导轨的凸起。龙门刨、龙门铣床的热变形主要表现在导轨的凸起。 如：如：10m长的龙门刨床床身高为长的龙门刨床床身高为 0.8m，当床身上导轨面与底面温差，当床身上导轨面与底面温差 为为 1时，床身导轨的中凸量可达时，床身导轨的中凸量可达 0.19mm。这个数值可表示为：。这个数值可表示为： 0.02/1000mm。 特点：特点： 工件热变形主要是受切削热的影响；工件热变形主要是受切削热的影响； 工件受切削热的量不同，变形的影响也不同，各部分的温升不同且随时工件受切削热的量不同，

16、变形的影响也不同，各部分的温升不同且随时 间而变化；间而变化； 不同的加工方法、工件的形状不同，产生的热变形也不同；不同的加工方法、工件的形状不同，产生的热变形也不同； )( )( mmtDD mmtLL 直直径径方方向向上上： 长长度度方方向向上上： h Lt 8 2 84 sin 2 LL LtttLLEF)( 21 h Ltt DE EF tg )( 21 例如：精刨铸铁导轨，例如：精刨铸铁导轨，L=2000mm， h=600mm，如果床面与床脚温差为，如果床面与床脚温差为 2.4,=1.1=1.11010-5 -5/ /，则：，则： )(022. 0 6008 2000 4 . 210

17、1 . 1 2 5 mm )1( 1 max c e 2 max c e 刀具的热变形主要影响工件的形状误差，如车削长轴时，工件刀具的热变形主要影响工件的形状误差，如车削长轴时，工件 可能由于刀具的伸长而产生锥度。可能由于刀具的伸长而产生锥度。 )10( 018.0 0 系统 系统 2 2 2 )( 2 1 XX ey 6 6 X n i i X n X 1 1 n i i XX n 1 2 )( 1 1)( 2 1 )(dxxyxF 大，则曲线平坦大，则曲线平坦尺寸分布范围大尺寸分布范围大加工方法的加工精度低加工方法的加工精度低 6 T C p T T6 6，则表示全部零件合格则表示全部零件

18、合格 T T6 6，则加工方法精度过则加工方法精度过 高造成浪费高造成浪费 T=T=6 6，则加工方法勉强，易则加工方法勉强，易 出废品出废品 T T1.67 特级，但过高特级，但过高 1.67CCP P 1.33 一级，足够一级，足够 1.33CCP P1.0 二级，勉强二级，勉强 1.0CCP P0.67 三级，不足三级，不足 C CP P0.67 四级，不行四级，不行 Xmin Xmax X es ei D Xmax=X2=D+es Xmin=X1=D-ei 中心偏差中心偏差为为“+”表示表示 分布中心比公差带中分布中心比公差带中 心大。心大。 + x2x1 dxey x x xx 2 1 2 2 2 )( 2 1 xx z a a x xx z 2 b b x xx z 1 dzezF z z 0 2 2 2 1 )( + Xmin Xmax X + Xmin Xmax X dzezF a z z a 0 2 2 2 1 )( dzezF b z z b 0 2 2 2 1 )( )()( ba zFzF合合格格率率 )(5 . 0 a zF可可修修复复废废率率 )(5 . 0 b zF不不可可修修复复废废率率 例：加工一批外圆，尺寸公差例：加工一批外圆，尺寸公差T=0.3mm，加工完的分布曲线中已知，加工完的分布曲线中已知=0