机械制造实验典型课件机械加工精度-中国地质大学

实验二机械加工精度分析中国地质大学（北京）机械工程实验教学中心吕战竹实验二机械加工精度分析一、机械加工精度概述二、工艺系统几何误差三、调整误差四、工艺系统受力变形引起的误差五、工艺系统受热变形引起的误差六、内应力重新分布引起的误差七、实验目的与内容一、机械加工精度概述（一）概述1.加工精度与加工误差加工精度：零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。加工误差：零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）对理想几何参数的偏离程度。三点注意！理想几何参数的正确含义加工精度与加工误差的关系包含的三个方面内容（一）概述2.原始误差工艺系统存在着误差是引起加工误差的根本原因，将工艺系统的误差称为原始误差。包括工艺系统的几何误差、定位误差、受力变形引起的加工误差、受热变形引起的加工误差、内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差和测量误差等。

原理误差工件装夹误差调整误差机床误差夹具误差刀具制造误差刀具磨损工艺系统受力变形工艺系统受热变形内应力引起的变形测量误差加工前加工中加工后与初始状态有关与工艺过程有关工艺系统静误差工艺系统动误差（一）概述3.误差敏感方向例：车削外圆时ΔRΔYRRΔR=ΔX显然：工艺系统原始误差方向不同，对加工精度的影响程度也不同。对加工精度影响最大的方向，称为误差敏感方向。误差敏感方向ＯYR0Xa）ＯYR0Xb）误差敏感方向一般为加工表面过切削点的法线方向。二、工艺系统几何误差1、机床的几何误差机床、刀具、夹具的几何误差主轴回转误差、导轨误差、传动链误差（1）主轴回转误差：主轴各瞬间实际回转轴线对其理想回转轴线的变动量。可分解为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动三种形式。1、机床的几何误差（2）导轨误差导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差此外，导轨的不均匀磨损和安装质量也是造成导轨误差的重要因素。导轨精度要求包括：在水平面内的直线度；在垂直面内的直线度；前后导轨的平行度（扭曲）；导轨与主轴回转轴线的平行度（或垂直度）等。1、机床的几何误差（3）传动链误差指传动链始末两端传动元件之间相对运动的误差。主要影响刀具与工件之间速比关系的准确性（如螺纹、齿轮加工时），一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。以滚齿机为例减小传动链误差的措施:1）尽可能缩短传动链，减少误差源数2）尽可能降速传动，并使末端传动副采用大的降速比，且要提高末端传动件的精度3）提高传动元件的制造精度和装夹精度，减小误差源，特别是升速传动元件。此外，还可采用传动误差补偿装置42（5-2）

2、刀具的几何误差定尺寸刀具的尺寸和形状误差影响加工尺寸和形状精度成形刀具的形状误差和安装误差影响加工形状精度展成刀具的尺寸、形状及安装误差影响加工形状精度一般刀具的制造误差不直接影响加工精度刀具磨损对加工精度的影响三个阶段：初期磨损阶段正常磨损阶段急剧磨损阶段刀具正常磨损量（5-3）Ol0ll’切削路程

l/mμμ0尺寸磨损量μ/μm图5-9刀具的尺寸磨损与切削路程的关系3、夹夹具的的几何何误差差夹具误误差影影响加加工位位置精精度。。与夹具具有关关的影影响位位置误误差的的因素素包括括：1）定定位误误差；；2）刀刀具导导向（（对刀刀）误误差；；3）夹夹紧误误差；；4）夹夹具制制造误误差；；5）夹夹具安安装误误差；；……通常取取精加加工夹夹具公公差为为工件件上相相应尺尺寸公公差的的1/2~1/3，，粗加加工夹夹具则则取1/5~1/10。。三、调调整误误差1、试试切法法调整整调整机床、、刀具具、夹夹具的过程程中产产生的的误差差度量误误差、、加工工余量量的影影响、、微进进给误误差2、按按定程程机构构调整整3、按按样件件或样样板调调整四、工工艺系系统受受力变变形引引起的的误差差1、基基本概概念机械加加工工工艺系系统在在力的的作用用下产产生变变形，，破坏坏了工工件与与刀具具之间间正确确的相相对位位置，，产生生加工工误差差。四、工工艺系系统受受力变变形引引起的的误差差1、基基本概概念工艺系系统刚刚度：：加工工误差差敏感感方向向上工工艺系系统所所受径径向切切削分分力与与变形形量之之比式中Fp——径向切切削分分力（（背背向力力、吃吃刀抗抗力））；y——工艺系系统在在切削削合力力作用用下的的变形形。四、工工艺系系统受受力变变形引引起的的误差差2、工工件刚刚度工件刚刚度对对加工工精度度的影影响细长轴轴加工工四、工工艺系系统受受力变变形引引起的的误差差3、刀刀具刚刚度刀具刚刚度对对加工工精度度的影影响内孔加加工四、工工艺系系统受受力变变形引引起的的误差差4、机机床部部件刚刚度（1））机床床部件件刚度度及其其特点点非线形形关系系，不不完全全是弹弹性变变形加载和和卸载载曲线线不重重合，，所围围面积积表示示克服服摩擦擦和接接触变变形所所作的的功存在残残余变变形，，反复复加载载卸载载后残残余变变形→→0机床部部件刚刚度比比按实实体估估算值值小许许多，，表明明其变变形受受多种种因素素影响响四、工工艺系系统受受力变变形引引起的的误差差4、机机床部部件刚刚度（2））影响响机床床部件件刚度度的因因素1）结合面面接触触变形形的影影响2）摩摩擦力力的影影响3）低低刚度度零件件的影影响4）间间隙的的影响响表面粗粗糙度度、宏宏观几几何形形状误误差、、材料料硬度度、纹纹理方方向。。四、工工艺系系统受受力变变形引引起的的误差差5、工工艺系系统刚刚度及及其对对加工工精度度的影影响工艺系系统刚刚度的的倒数数等于于各组组成部部分刚刚度的的倒数数之和和。工艺系系统受受力变变形等等于工工艺系系统各各组成成部分分受力力变形形之迭迭加：：由此可可导出出工艺艺系统统刚度度与工工艺系系统各各组成成部分分刚度度之间间的关关系：：一般情情况下下，常常见工工艺系系统的的低刚刚度环环节如如下：：1）对对于车车床，，k头架>k尾架>k刀架；车细细长轴轴时，，k工件最小。。2）对对于卧卧式铣铣床，，k升降台台>k工作台台>k主轴>k刀杆。3）对对于镗镗床，，k镗杆最小。。4）对对于内内圆磨磨床，，k磨杆最小。。工艺系系统刚刚度对对加工工精度度的影影响（1））由于于工艺艺系统统刚度度变化化引起起的误误差即比较式式（5-6）工艺系系统刚刚度对对加工工精度度的影影响（1））由于于工艺艺系统统刚度度变化化引起起的误误差【例5-1】经经测测试，，某车车床的的k主=300000N/mm，，k尾＝56600N/mm，，k刀架＝30000N/mm，，在加工工长度度为l的刚性性轴时时，径径向切切削分分力Fp＝400N，试计算该该轴加工工后的圆圆柱度误误差。令a=

k主/k尾，则x=l/(1+a)时，y系最小：工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响（1）由由于工艺艺系统刚刚度变化化引起的的误差由于工件件变形，，使工件件加工后后成鼓形形式中E———工件材料料的弹性性模量；；I———工件截面面的惯性性矩。工件变形形：工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响（1）由由于工艺艺系统刚刚度变化化引起的的误差考虑工件件变形时时的工艺艺系统总总变形工艺系统统刚度则则为工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响（2）由由于切削削力变化化引起的的误差以椭圆车车削为例例说明误差复映映可用误误差复映映系数来来表示：：误差复映映：由于工艺艺系统受受力变形形量的变变化，使使毛坯误误差部分分地反映映到工件件上，此此种现象象称为““误差复复映”工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响（2）由由于切削削力变化化引起的的误差利用误差差复映系系数可由由毛坯误误差估算算加工后后的工件件误差机械加工工中，误误差复映映系数通通常小于于1，定定量地反反映了毛毛坯误差差经加工工后减小小的程度度。可通过多多次走刀刀，消除除误差复复映的影影响。工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响（2）由由于切削削力变化化引起的的误差误差复映映概念的的推广：：1）每一一件毛坯坯的误差差都会因因切削余余量不均均匀而复复映2）工艺艺系统刚刚度低的的场合，，误差复复映现象象较明显显3）大批批量生产产中，有有必要查查明误差差复映的的大小工艺系统统刚度对对加工精精度的影影响（3）由由于夹紧紧变形引引起的误误差（4）其它作用力的影响如：重力、惯性力、传动力等a）b））图5-21夹夹紧力力引起的的加工误误差五、工艺系系统受热变变形引起的的误差1、工艺系系统的热源源（1）内部部热源1）切削热热2）摩擦热热和能量损损耗3）派生热热源（2）外部部热源1）环境温温度2）辐射热热——刀具、、工件变形形——某个关关键部位变变形——机床其其它部位变变形在精密加工工和大件加加工中，工工艺系统热热变形引起起的加工误误差占总误误差的约40～70%。五、工艺系系统受热变变形引起的的误差2、工件热热变形对加加工精度的的影响（1）工件件均匀受热热（轴类零零件处于相相对稳定的的温度场中中）5级丝杠累累积误差全全长≤5μm，可见热变形形的严重性性式中ΔL，ΔD——长度和直径径热变形量量；L，D——工件原有长长度和直径径；α——工件材料线线膨胀系数数；Δθ——温升。长度：直径：例：长400mm丝杠，加工工过程温升升1℃，热热伸长量为为：五、工艺系系统受热变变形引起的的误差2、工件热热变形对加加工精度的的影响（2）工件件不均匀受受热（板类工件单单面加工时时）式中f——工件凸起量量（变形挠度））；L，H——工件原有长长度和厚度度；α——工件材料线线膨胀系数数；Δθ——上下表面之之间的温差差。图5-24平面加工热变形fφ/4φLH结果：加工时上表表面升温，，工件向上上拱起，磨磨削时将中中凸部分磨磨平，冷却却后工件上上表面下凹凹。措施：控制上下表表面的温差差。五、工艺系系统受热变变形引起的的误差3、刀具热热变形对加加工精度的的影响体积小，热容量小，达到热平衡时间较短温升高，变形不容忽视（达0.03～0.05mm）◆特点A－连续切削变变形曲线B－冷却变形曲曲线C－间断切削变变形曲线五、工艺系系统受热变变形引起的的误差4、机床热热变形对加加工精度的的影响结构复杂，，热源分布布不均匀，，工作条件件变化大，，机床各部部分的温升升不同，影影响加工精精度。不同类型机机床的热变变形车、铣、钻、镗等机床，主要热源为主轴箱的发热五、工艺系系统受热变变形引起的的误差4、机床热热变形对加加工精度的的影响牛头刨、龙门刨、立车等机床，主要热源为工作台与床身导轨间的摩擦热五、工艺系系统受热变变形引起的的误差4、机床热热变形对加加工精度的的影响磨床的主要热源为