机械加工精度

第五章机械加工精度学习目的与要求（1）掌握机械加工精度的概念以及加工精度与加工误差的关系（2）熟悉工艺系统的原始误差种类及其对加工精度的影响，（3）掌握加工误差问题的综合分析与解决（4）掌握加工误差的基本计算方法（5）熟悉提高和保证加工精度的途径、常用方法主要内容第5章机械加工精度 5.1机械加工精度概述 5.2工艺系统的制造精度和磨损对工件精度的影响 5.3工艺系统的受力变形及其对工件精度的影响 5.4工艺系统的热变形及其对工件精度的影响5.5保证和提高加工精度的途径 5.6加工误差的统计分析法5.7点图分析法 5.8质量管理图 一、精度的概念

加工精度：

加工误差：

理想零件参数：尺寸、形状、位置§5.1机械加工精度概述机器质量→零件质量→精度表面质量材料加工精度加工误差理想零件实际加工零件几何参数理想零件几何要素偏离程度符合程度二、获得加工精度的方法

1、

2、

试切法自动控制法获得尺寸精度尺寸刀具法调整法非成形运动法：刮、研和对磨成形运动法获得形状精度点成形运动法：轨迹法成形法线成形运动法展成法试切法加工调整法加工定尺寸刀具法加工轨迹法加工成形法加工展成法加工找正法夹具获得位置精度机床装夹面3、三、影响加工精度的因素

1、原理误差：采用近似加工原理或近似刀具切削刃形状

2、安装误差：定位误差、夹紧误差、夹具本身误差

3、调整误差：调整方法与调整时的测量误差等

4、测量误差：量具本身、方法、温度

5、工艺系统的制造精度和磨损

6、工艺系统的受力变形

切削力、传动力、重力、离心力、夹紧力

7、工艺系统的受热变形

切削热、环境、运动、电机§5-2工艺系统的制造精度和磨损

对加工精度的影响制造误差磨损误差机床误差(来源)安装误差回转运动(主轴)误差直线运动(导轨)误差机床误差(种类)传动误差几何误差(位置)一、、机机床床主主轴轴的的回回转转精精度度及及其其对对工工件件精精度度的的影影响响1、主主轴轴回回转转精精度度的的概概念念①回回转转动动态态过过程程理想想回回转转中中心心：：在主主轴轴的的任任一一界界面面上上有有一一点点O其速速度度始始终终为为V＝0瞬时时回回转转中中心心：：实际际存存在在的的一一个个变变动动的的回回转转中中心心瞬时时回回转转轴轴线线：：各瞬瞬时时回回转转中中心心连连线线t—时间间，，θ—转角角瞬时时回回转转中中心心相相对对于于理理想想回回转转中中心心的的位位置置变变动动量量②误差差敏敏感感方方向向：：经过过刀刀具具刀刀刃刃的的切切削削点点又又垂垂直直于于已已加加工工表表面面的的方方向向。。误差差敏敏感感方方向向上上的的误误差差对对工工件件加加工工精精度度影影响响很很大大，，而而垂垂直直于于该该方方向向的的误误差差则则影影响响很很小小。。③主轴轴回回转转精精度度：：主轴轴回回转转轴轴线线在在回回转转时时相相对对其其平平均均轴轴线线的的变变动动量量在在误误差差敏敏感感方方向向的的最最大大位位移移值值。。径向向跳跳动动轴向向跳跳动动摆动动2、主主轴轴回回转转精精度度的的分分析析①主主轴轴径径向向跳跳动动分分析析滑动动轴轴承承轴颈颈圆圆度度、、轴轴瓦瓦内内孔孔圆圆度度及及其其配配合合工件回转类机床刀具回转类轴颈轴承主轴安装孔轴承精度主轴精度影响因素主轴孔精度滑动轴承滚动轴承轴承静压动压工件回转类：传动力与切削力不变→轴瓦接触点不变→轴颈影响↑轴瓦↓刀具回转类：切削力回转扭矩→主轴颈接触点不变→轴瓦内孔影响↑，轴颈↓工件件回回转转类类刀具具回回转转类类主轴轴几几何何轴轴线线径径向向跳跳动动产产生生的的加加工工误误差差滚动动轴轴承承此外外，，②造造成成主主轴轴轴轴向向窜窜动动的的原原因因工件回转类：内环外道↑外环内道↓刀具回转类：外环内道↑内环外道↓滚动轴承尺寸、形状：低频一半，变形一部分间隙轴颈：内环变形箱体孔：外环变形安装面：倾斜轴向推力轴承定位→影响为轴承轴承承间间隙隙对主主轴轴轴轴线线位位置置的的影影响响推力力轴轴承承端面面跳跳动动的的影影响响接触触点点为为误误差差的的变变化化，，取取决决于于B．滚滚动动轴轴承承与上上述述类类似似，，同同时时滚滚动动体体影影响响A．滑滑动动主轴轴回回转转轴轴线线的的轴轴向向跳跳动动将将产产生生加加工工端端面面的的平平面面度度误误差差主轴轴轴轴向向跳跳动动引引起起的的加加工工误误差差3、主主轴轴回回转转精精度度的的测测量量①表表测测法法②双双向向测测量量法法（（捷捷克克VUOSO）刀刀具具回回转转当没没有有回回转转误误差差时时，，间间隙隙变变化化为为示波波器器上上为为回转轴敏感方向缺点几何轴偏心动态示波波器器上上光光点点的的向向径径为为常常数数。。当主主轴轴有有偏偏差差δ时示波波器器上上，，向径径为为坐标标变变换换，，使使x与e重合合是与与的的和和，，即示示波波器器银银屏屏变变化化不不能能反反映映误误差差，，只只有有e=0或才才能能真真正正反反映映。。李沙沙育育图图，其半半径差差为主主轴回回转精精度。。这种方方法适适合刀刀具回回转型型机床床的主主轴回转精精度测测量，，如镗，而不不适合合车床床测量镗镗床主轴回回转精精度钢球安安装偏偏心对测量量的影影响③单向测测量法法（美美国LRL法）——测定车车床主主轴回回转精精度的的方法法传感器器Ⅰ传感器器ⅡK0≥K传感器器Ⅲ示波器器输入入信号号向径为为当S=0时，当S≠0时放大K倍→放大K0倍4、获得得高圆圆度工工件的的方法法①高精精度主主轴车车床②补偿偿③使主主轴误误差不不反映映到工工件上上二、直直线运运动精精度对对工件件精度度的影影响1、机床床导轨轨精度度指标标①运动动在水水平面面内的的直线线度②运动动在垂垂直平平面内内的直直线度度③前后后导轨轨的平平行度度（扭扭曲））2、机床床导轨轨误差差对加加工精精度的的影响响①普通通车床床水平面面直线线度：：1：1影响纵纵截面面形状状垂直面面直线线度：：属误差差不敏敏感方方向，，影响响较小小扭曲影影响：：可分解解为水水平、、垂直直车床导导轨扭扭曲对对工件件形状状的影影响②外圆磨磨床：：与车床床相同同。但但由于于要求求高，，采用用工作台台转角角③龙门门刨床床：就地刨刨④镗：：固定镗浮动镗：不影响水平：影响垂直：影响3、导轨运运动误误差的的来源源新机床床导轨轨的制制造精精度磨损——材料表表面处处理，，润滑滑安装精精度——地基，，找找正三、机机床的的几何何精度度对加加工精精度的的影响响几何精精度——各成形形运动动在空空间的的相互互位置置准确确性①车外外圆误差具具体形形状具具体分分析相交线（不在同一平面内）→双曲面回转轴线与导轨水平面不平行→锥度②车端面面——回转轴轴线与与导轨轨不垂垂直→凸面，，凹面面③镗孔孔④铣平平面⑤滚齿齿机四、机机床的的传动动精度度及对对加工工精度度的影影响1、机床床传动动精度度分析析五、机机床的的定位位精度度对工工件精精度的的影响响定位精精度：：工作台台从一一个位位置移移动到到另一一个位位置的的准确确度1、进给给机构构的传传动精精度主要取取决于于选用用的进进给机机构型型式及及进给给机构构的传传动精精度2、进给给与测测量分分开时时的测测量精精度原理误误差→→阿贝贝误差差→被被测的的与实实际的的不在在一条条直线线上产产生的的误差差3、爬行行误差差解决办办法动—静系数不一样刚度摩擦系数提高系统刚度→电致伸缩摩擦系数→动静相等；滚动、低塑料调整速度六、刀刀具、、夹具具、量量具的的制造造精度度和磨磨损对对工件件影响响1、刀具具的制制造精精度和和磨损损的影影响①尺寸寸刀具具和成成形刀刀具的的制造造精度度和尺尺寸磨磨损对对加工工精度度的影影响钻头、、绞刀刀、镗镗刀块块、拉拉刀→→影响响尺寸寸→磨磨损后后不能能重修修复滚刀、、插刀刀、成成形车车刀→→影响响形状状→重重磨②一般般刀具具的磨磨损对对加工工精度度的影影响如车刀刀、镗镗刀、、铣刀刀等，，制造造精度度不会会影响响加工工尺寸寸，但但磨损损则产产生影影响一：起始磨磨损，，非线线性二：正常磨磨损，，三：快速（（剧烈烈）磨磨损三个阶阶段减少影影响方方法尺寸补偿选用耐磨刀具材料—复合氮化硅，立方氮化硅降低切削速度，延长刀具寿命③砂轮的的磨损损及修修复（（快、、与硬硬度有有关））2、夹具具的制制造精精度和和磨损损夹具的的制造造精度度和磨磨损影影响工工件的的精度度3、量具具测量误误差为为工件件公差差的，，最最多外圆磨床，直径大→对工件尺寸形状影响小内圆磨床，直径小→磨损对工件精度影响大齿轮磨床，大平面磨床→磨损对工件精度影响大§5-3工艺系系统的的受受力变变形及及其对对工件件精度度的影影响一、基基本概概念1、变形形现象象车棒车长轴轴磨孔2、概念念刚度：：物体或或构件件受外外力后后抵抗抗变形形的能能力工艺系系统的的刚度度：在误差差敏感感方向向上的的分力力py与在此此方向向上刀刀具对对工件件的变变形（（位移移）量量y的比值值静刚度度：在静态态条件件下静静力与与变形形的比比值动刚度度：某一频频率范范围内内产生生单位位振幅幅所需需的激激振力力幅值值二、机机床部部件刚刚度特特点及及影响响因素素车床刚刚度的的单向向静测测定1、部件件变形形过程程与刚刚度曲曲线特特点（1）加载载变形形曲线线→不不成线线性有预紧紧力，，当载载荷有有刚性性很差差的零零件，，当该该大于力力时，，K变小零零件变变形减减小时时，K增大（2）正反反加卸卸载变变形曲曲线不重合合凸pyy凹pyy塑性变变形摩摩擦力力等消消耗能能量最大间隙磁滞564123（2）正反反加卸卸载变变形曲曲线不重合合（3）多次次重复复加载载变形形曲线线第一次次加载载“磁磁滞””现象象严重重，以以后减减小加、卸卸载曲曲线接接近，，起始始点重重合塑性变变形摩摩擦力力等消消耗能能量最大间隙磁滞564123（4）部件件刚度度曲线线特点点①力和变变形不不是直直线性性，不不符合合胡克克定律律→部件变变形不不纯粹粹是弹弹性变变形②加载载与卸卸载曲曲线不不重合合③当载载荷去去除后后，变变形不不能恢恢复原原点→有塑性性变形形。反反复加加载后后，残残余变变形减减到0，重合合④部件件刚度度远比比想象象小接触变形克服摩擦力损失能量2、影响响部件件刚度度的因因素①接触触变形形②②个个别薄薄弱环环节③连接接夹紧紧力的的影响响④④摩摩擦力力⑤间隙隙影响响⑥⑥变变形的的复合合性两零件件接触触面接接触情情况间隙对对刚度度影响响曲线线机床刚刚度中中薄弱弱环节节三、工工艺系系统的的刚度度工艺系系统总总变形形及合合成刚刚度为为而因此，，有四、工工艺系系统受受力变变形对对加工工精度度的影影响1、由于切切削力力产生生的系系统变变形对对加工工精度度的影影响（1）由于于切削削点位位置的的变化化引起起的刚刚度、、变形形变化化而产产生的的形状状误差差①工件短短粗，，刚度度高→鞍形P尾力：位移：：此时刀刀架变变形为为因此，，当当当②工件细细长→鼓形和时时，时，最最大，，为刚度在在该工工件轴轴向的的各个个位置置是不不同的的加工后后工件件各横横截面面的直直径尺尺寸也也不同同形状误误差（（锥度度、鼓鼓形、、鞍形形等））（2）由于于工件件加工工余量量不均均或其其他原原因①导致致切削力力变化化→变变形变变化→→引起起形状状尺寸寸误差差②对于于椭圆毛毛坯：：切深深大→→力大大→变变形大大→椭椭圆①毛坯的的形状状误差差，圆圆度、、圆柱柱度、、平面面度等等都以以一定定误差差复映映成工工件的的加工工误差差，这这是由由余量量不均均引起起的②采用用多次次走刀刀减小小误差差复映映③调整整法加加工时时，毛毛坯大大小不不一→工件尺尺寸分分散→→计算算误差差复映映误差复复映2、由于于夹紧紧力、、重力力等产产生的的系统统变形形对加加工精精度影影响（1）由于于工件件的夹夹紧变变形引引起的的加工工误差差床身导导轨面面应用薄板零零件的的磨削削（2）由于于重力力所引引起的的加工工误差差重力引引起机机床变变形五、由由于内内应力力产生生变形形对加加工精精度影影响内应力力：零件在在没有有外加加载荷荷作用用下，，加工工后内内部存存在的的应力力成为为残余余内应应力，，称为为~。工件在在铸、、锻、、切削削后内内部应应力相相互平平衡一旦外外界条条件变变化→平衡破破坏→变形冷加工温度振动平衡破坏变形外界条件1、内应应力的的产生生①毛坯坯：工工件壁壁厚不不均②工件件切削削内应应力③热处处理④校直直2、内应应力的的减少少和消消除法法①时效处处理：天天然、人人工②铸、锻锻件结构构，应壁壁厚均匀匀，不能能差太多多③零件的的结构主主要考虑虑港督问问题④机械加加工时，，注意减减少切削削力⑤尽量不不采用冷冷校直六、机床床刚度的的测定1、机床刚刚度的静静测定法法单向加载载测定法法：不能反映映切削状状态；只只加载力力，而而都都对刚度度有影响响三向加载载测定法法：三向加载载，三向向测力2、用生产产法测定定车床刚刚度——按误差复复映原理理进行的的3、接触刚刚度的测测定七、提高高工艺系系统刚度度的措施施1、选用合理理的零部部件结构构和断面面形状封闭式箱箱型结构构、空心心结构（（断面面面积不变变）2、提高连连接表面面的接触触刚度提高连接接面几何何形状精精度降低低表面粗粗糙度，，施加预预载荷3、采用正正确的装装夹方式式4、提高加加工时刀刀具的刚刚度悬伸短、、刀杆、、导向套套、导向向杆5、减小接接触面6、工件刚刚度低时时，缩短短切削力力与支承承点的距距离车中心架架、跟刀刀架§5-4工艺系统统热变形形及加工工精度的的影响一、工艺艺系统热热源与热热平衡1、工艺系系统热源源2、工艺系系统热平平衡散出热量量=传入热量量→热平衡→温度不变变→变形稳定定加工热：切削热、磨削热内部热源外部热源摩擦热：支承副、传动副、离合器、电机、液压系统辐射热：阳光、取暖设备、人体环境温度：气温、室温变化、冷风、热风二、机床床热变形形对加工工精度的的影响1、机床的温温升与热热平衡机床各部部件达到到热平衡衡的时间间不同，，热容量量大的需需要的时时间长2、各类机机床热变变形及其其对加工工精度的的影响（1）车、铣铣、镗床床类机床床的热变变形主轴箱发发热→箱箱体、机机床发生生变形和和翘曲，，从而主主轴的位位移和倾倾斜（2）磨床的的热变形形砂轮轴承承和液压压系统（3）导轨磨磨床、龙龙门刨床床的热变变形床身的热热变形砂轮轴承→砂轮→工件→工件直径液压系统→床身各处温度不同→床身弯曲和倾斜主轴前后轴承温升不同→砂轮倾斜3、减少机机床热变变形对加加工影响响的措施施（1）结构设设计措施施热对称结结构设计计→单柱改改双柱使关键件件热变形形在误差差不敏感感方向移移动合理安排排支承位位置，使使热位移移有效部部分缩短短对发热大大的热源源采用足足够的冷冷却措施施改善轴承承的润滑滑条件隔离热源源油池和冷冷却液箱箱独立→→变形均衡关键键件温升升（2）工艺措措施安装机床床的区域域保持恒恒定环境境温度均布加热热器，取取暖，门门帘，不不靠窗照照射机床达到到热平衡衡状态后后再加工工空转一段段时间→→热平衡衡→不断断续加工工精密机床床→恒温温室严格控制制切削用用量以减减少工件件发热三、工件件热变形形对加工工精度的的影响1、工件热热变形及及其对加加工影响响传入工件的热量多少受热是否均匀工件的受热体积三种因素典型工件件的热变变形分析析①薄片状零零件的热热变形②轴类零零件的热热变形③长径比比大的零零件，如如丝杠、、细长轴轴等，受受热伸长长，不能能忽视2、减少工工件热变变形对加加工精度度影响的的措施①充分冷冷却，降降低切削削温度②提高切切削速度度和进给给量③工件精精加工前前充分冷冷却④经常刃刃磨和修修正刀具具和砂轮轮⑤使工件件在紧张张状态下下有伸缩缩自由四、刀具具的热变变形及对对加工精精度的影影响1、刀具连续续工作时时的热变变形2、刀具断续续加工时时的热变变形五、减少少工艺系系统热变变形办法法1、减少热源源产生热热量采用低速速小用量量切削→→减少切切削热和和摩擦热热2、控制热热源的影影响采用冷却却、恒温温等手段段3、从结构构上减少少变形机床：工件：尽尽量避免免薄壁、、薄片、、空心等等易热变变形的结结构（实实心容量量大）刀具：减减少悬伸伸长度，，控制热热变形方方向不在在敏感方方向4、进行综综合补偿偿及校正正§5-5保证和提提高加工工材料精精度的途途径一、直接接消除或或减小原原始误差差的方法法细长轴车车削时的的受力情情况和变变形状况况径向力→顶弯→跟刀架轴向力→压弯工件一端被夹紧→切削轴向力→弯曲高速回转→离心力→加剧变形，导致振动切削热，两端固定→热身长→轴向力→加剧大进给量量反向切切削法加加工细长长轴①进给方向向由卡盘盘向尾座座方向，，后面采采用浮动动活顶尖尖②采用大大进给量量和大主主偏角车车刀③采用浮动动活顶尖尖缓解工工件热伸伸长④将工件件的卡盘盘端车出出一缩颈颈，消除除轴心线线歪斜影影响二、补偿偿或抵消消原始误误差的方方法人为的造造成一种种新原始始误差去去抵消原原来的误误差，正正误差用用人为的的负误差差去抵消消，负误误差用人人为的正正误差去去抵消，，两者大大小相等等，方向向相反。。用人为误误差抵消消装配后后因自重重产生变变形精加工磨磨床床身身导轨时时预加载载荷抵消消装配后后部件自自重变形形前后双双刀架架对刀刀三、分分组调调整或或均分分误差差法四、变变形转转移或或误差差转移移1、转移移变形形2、转移移误差差六角车车床““力刀刀”安安装横梁变形转转移五、就就地加加工达达到最最终精精度的的方法法§5-6加工误误差的的统计计分析析一、加加工误误差的的性质质及分分析方方法1、分析加加工误误差的的目的的及方方法研究某某一主主要因因素对对加工工精度度的影影响→→单一因因素分分析法法根据加加工误误差的的表现现形式式及变变化规规律分分析其其产生生的原原因→统计分分析法法2、加工工误差差的性性质①系统性性误差差常值性性系统统误差差、变变值性性系统统误差差②随机性性误差差常值系系统误误差→查明明大小小和方方向→→相应应调整整或检检修工工艺装装配或或补偿偿变值系系统误误差→摸清清规律律→自自动连连续补补偿或或自动动周期期补偿偿随机性性误差差→只能能找到到根源源，对对其采采取的的措施施以缩缩短其其影响响解决途途径二、分布图图分析法1、实际分布图图——频数分布直直方图分散范围=最大尺寸-最小尺寸分散范围小小于公差带带→本工序的的加工精度度满足公差差要求尺寸分散中中心与公差差带中心偏偏离太远→→产生废品品注意①组距（分组组数）选择择②频数作纵纵坐标时，，图行高矮矮受组距影影响③频数作纵纵坐标时，，工件总数数也影响图图形高矮④纵坐标改改用频