第十四 機(jī)械加工精度

1、第十四章 機(jī)械加工精度教學(xué)要求與目的：教學(xué)要求與目的： 通過本章的學(xué)習(xí)，要求同學(xué)們了解和掌握加工誤差的組成及學(xué)會(huì)分析誤差的產(chǎn)生原因，便于今后在實(shí)際工作中，發(fā)現(xiàn)和查找誤差產(chǎn)生的原因，提高解決問題的能力。教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容： 1、加工誤差的組成； 2、工藝系統(tǒng)的幾何誤差； 3、定位誤差的分析與計(jì)算； 4、工藝系統(tǒng)的受力變形誤差； 5、工藝系統(tǒng)的熱變形誤差； 6、工件內(nèi)應(yīng)力造成的誤差； 7、加工誤差綜合分析簡(jiǎn)介；教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)： 2、3、4、5、6項(xiàng)第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械加工精度概述機(jī)械加工精度概述 機(jī)械加工精度是指零件加工后實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀、位置）與理想幾何參數(shù)之間的符合程度。實(shí)際幾何參數(shù)

2、與理想幾何參數(shù)之間的偏差稱為加工誤差。誤差小，精度高。一、零件加工精度的構(gòu)成 零件的加工精度包括表面自身精度與表面之間的精度 1.尺寸精度 在機(jī)械加工中存在著許多產(chǎn)生誤差的因素，它是不可避免的關(guān)鍵是如何設(shè)法使加工誤差控制在偏差范圍內(nèi)。 加工誤差：是指零件加工后實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、幾何形狀和相互位置）與理想幾何參數(shù)之間的偏差。 工藝系統(tǒng)誤差：在切削過程中，刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及受力受熱變形引起的加工誤差。一、誤差的分類：一、誤差的分類： 系統(tǒng)誤差：誤差的大小與方向均已掌握，可以用代數(shù)和來進(jìn) 行綜合。如近似加工原理、刀具近似形狀造成的。 隨機(jī)誤差：誤差的大小和方向無規(guī)律變化，它不能用代數(shù)和 來進(jìn)行

3、綜合。如內(nèi)應(yīng)力引起工件變形造成的。 從工藝因素來考慮，加工誤差可分為： 1、加工原理誤差： 由于采用近似的加工方法所產(chǎn)生的誤差。它包括成形運(yùn)動(dòng)、近似刀具輪廓等。2、工藝系統(tǒng)的幾何誤差： 工藝系統(tǒng)中各組成環(huán)節(jié)實(shí)際幾何參數(shù)和位置偏離理論值。3、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差： 工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力等作用下產(chǎn)生變形，導(dǎo)致加工誤差。4、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差： 工藝系統(tǒng)在切削熱，摩擦熱作用下系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差5、工件內(nèi)應(yīng)力引起的加工誤差： 工件通過冷熱加工后產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力，要達(dá)到 平衡狀態(tài)破壞原有的平衡而造成的誤差；6、測(cè)量誤差： 由于測(cè)量的方法、量具的精度造成的誤差；二、原始誤差與加工

4、誤差的關(guān)系：二、原始誤差與加工誤差的關(guān)系： 工藝系統(tǒng)幾何誤差和其它因素引起的變形誤差，都會(huì)導(dǎo)致加工誤差如圖：13.2 工藝系統(tǒng)的幾何誤差 工藝系統(tǒng)的幾何誤差主要是指機(jī)床、刀具和夾具本身制造 時(shí)所產(chǎn)生的誤差。一、機(jī)床的幾何誤差：一、機(jī)床的幾何誤差： 機(jī)床的幾何誤差是指主軸的回轉(zhuǎn)誤差，導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差和傳動(dòng)鏈誤差。1、主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差： 是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)其平均回轉(zhuǎn)軸線的變動(dòng)量。 機(jī)床主軸是用來裝夾工件或刀具，并將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給工件或刀具的重要零件，主軸回轉(zhuǎn)誤差將直接影響被加工工件的形狀精度和位置精度。 主軸回轉(zhuǎn)誤差分解為徑向圓跳動(dòng)、軸向圓跳動(dòng)和角度擺動(dòng)三種不同形式的誤差。（1）徑向圓跳動(dòng)：是

5、主軸回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于平均回轉(zhuǎn)軸線在徑向的變動(dòng)量。車外圓時(shí)它使加工面產(chǎn)生圓度和圓柱度誤差 。 產(chǎn)生徑向誤差的主要原因有： 主軸支承軸頸的圓度誤差、軸承工作表面的圓度誤差等。 （2）軸向圓跳動(dòng)：是主軸回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線方向的變動(dòng)量。 車端面時(shí)它使工件端面產(chǎn)生垂直度、平面度誤差。產(chǎn)生軸向圓跳動(dòng)的原因是主軸軸肩端面和推力軸承承載端面對(duì)主軸回轉(zhuǎn)軸線有垂直度誤差。 （3）角度擺動(dòng)：主軸回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)平均回轉(zhuǎn)軸線成一傾斜角度的運(yùn)動(dòng)。車削時(shí)，它使加工表面產(chǎn)生圓柱度誤差和端面的形狀誤差。(1)影響主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的因素： 由于主軸部件在制造、裝配、使用中的各種因素影響，如軸徑的誤差、軸承的誤差、軸承的間隙、與軸

6、承配合的零件的誤差及熱變形等。 采用滑動(dòng)軸承支承：主軸徑和軸承孔的圓度誤差對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度有直接影響。 采用滾動(dòng)軸承時(shí)：內(nèi)外環(huán)滾道形狀誤差引起的軸向和徑向跳動(dòng)。 采用其它的軸承同樣會(huì)造成誤差的。 凡是與主軸相關(guān)的零件都會(huì)影響它的回轉(zhuǎn)精度，如軸頸同軸度會(huì)造成主軸角向漂移；軸承定位端面與軸心線的垂直度誤差、軸承端面之間的平行度誤差等都會(huì)引起主軸的軸向竄動(dòng)。(2)提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施： 采用高精度的主軸部件 提高主軸軸承的精度和剛度，選擇D、C級(jí)軸承；當(dāng)選滑動(dòng)軸承時(shí)，一般選靜壓或動(dòng)靜壓滑動(dòng)軸承。 消除主軸回轉(zhuǎn)的誤差對(duì)工件加工精度的影響。2 2、機(jī)床導(dǎo)軌誤差：、機(jī)床導(dǎo)軌誤差： 導(dǎo)軌是機(jī)床各部件運(yùn)動(dòng)的基

7、準(zhǔn)，對(duì)于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，直線度（水平、垂直方向）、平面度影響最大。 1）導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的誤差 導(dǎo)軌在水平面內(nèi)誤差恰好是車削外圓加工誤差的敏感方向，如圖如圖13.513.5。其誤差將11地反映到工件上。加工外圓時(shí)，導(dǎo)軌的直線度誤差會(huì)引起工件圓柱度誤差和外圓母線的直線度誤差，另外導(dǎo)軌對(duì)主軸軸線的平行度誤差會(huì)使加工后的工件產(chǎn)生錐度誤差。如圖如圖13.613.62）導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的誤差： 如圖圖13.5a13.5a所示，設(shè)導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差造成刀具在垂直方向位移z，由此造成的工件半徑誤差為： R 很小可以忽略不計(jì)，導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)對(duì)主軸軸線的平行度誤差會(huì)使工件的外圓產(chǎn)生圓柱度誤差，但其

8、量值也很小，但對(duì)平面磨床、龍門磨床和銑床等將引起工件相對(duì)砂輪或刀具的法向位移，其誤差將直接反映到被加工表面，造成形狀誤差。 機(jī)床的安裝及地基情況對(duì)導(dǎo)軌的精度影響也很大，由于安裝水平或地基不牢，造成機(jī)床下陷，也會(huì)破壞導(dǎo)軌原有的精度。3、機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差： 為提高傳動(dòng)系統(tǒng)精度，一般采用提高裝配精度、縮短傳動(dòng)鏈采用降速傳動(dòng)等措施。RZR2/2二、工藝系統(tǒng)的其它幾何誤差：二、工藝系統(tǒng)的其它幾何誤差： 1、刀具誤差： 刀具誤差包括刀具的制造、磨損及安裝誤差等。一般刀具對(duì)加工精度沒有直接影響，但對(duì)于成形刀具、定尺寸刀具則直接影響。 2、夾具誤差： 夾具誤差包括定位誤差、夾緊誤差、夾具安裝誤差及對(duì)刀誤差等；不

9、僅要控制夾具元件的制造精度，同時(shí)還考慮定位元件的磨損引起的誤差。 3、調(diào)整誤差： 切削加工時(shí)通過檢測(cè)的結(jié)果調(diào)整刀具、夾具、工件相對(duì)位置時(shí)，由于量具的制造誤差、測(cè)量方法以及主客觀因素的都會(huì)造成加工誤差。 利用調(diào)整法加工時(shí)，行程擋塊的制造精度、剛度以及與之相配的電器元件的靈敏度都會(huì)引起加工誤差的。13.3 定位誤差一、定位誤差的概念與計(jì)算：一、定位誤差的概念與計(jì)算： 定位誤差：由于工件在夾具上定位不準(zhǔn)而造成的加工誤差。它包括基準(zhǔn)位移誤差和基準(zhǔn)不重合誤差，其實(shí)質(zhì)是工序基準(zhǔn)在加工方向上的最大變動(dòng)量。 1、基準(zhǔn)位移誤差：、基準(zhǔn)位移誤差： 定位基準(zhǔn)相對(duì)其理想位置的最大變動(dòng)量。用Y表示， 如圖如圖13.71

10、3.7，在圓柱面上銑鍵槽，心軸定位，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合。其位移誤差為： 從上式可以看出基準(zhǔn)位移誤差是由定位副制造誤差造成。222222minmaxminmaxmaxminminmax2121dDYTTddDDdDdDOOOOOO2 2、基準(zhǔn)不重合誤差：、基準(zhǔn)不重合誤差： 由于定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合而造成的加工誤差，用B表示。如圖如圖13.813.8：銑削槽時(shí)，保證B尺寸，B尺寸的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為D面，而定位基準(zhǔn)為F面，所以B=2L 綜上所述：可得下列結(jié)論：綜上所述：可得下列結(jié)論： 定位誤差 只產(chǎn)生在調(diào)整法加工一批工件中，試切法加工，不存在； 定位誤差 產(chǎn)生的原因是工件的制造誤差和定位元件的制造

11、誤差，兩者的配合間隙及工序尺寸與定位尺寸不重合等； 一般情況下， 定位誤差由Y和B組成 ，但并不是兩種誤差同時(shí)存在，當(dāng)基準(zhǔn)重合時(shí)B=0，當(dāng)定位無變動(dòng)時(shí)Y=0。 當(dāng)工序基準(zhǔn)不在定位基面上時(shí)，=Y Y+B B；當(dāng)工序基準(zhǔn)在定位面上，=Y YB B，若基準(zhǔn)位移與不重合引起的加工尺寸變化方向相同時(shí)取“+”反之取“-”。二、幾種典型表面的定位誤差：二、幾種典型表面的定位誤差：1 1、工件以平面定位：、工件以平面定位： 以平面定位時(shí)，其誤差主要基準(zhǔn)不重合發(fā)而引起的，位移誤差由平面度引起，該誤差較小，可以忽略不計(jì)。2 2、工件以圓孔定位：、工件以圓孔定位： 圓孔定位時(shí)，其誤差主要是由工件圓孔的精度，以及定位

12、元件放置形式、配合性質(zhì)、基準(zhǔn)重合與否有關(guān)。3 3、工件以外圓定位：、工件以外圓定位： 常見的定位元件有定位套、支承板、V形塊等。如圖如圖13.913.9 工序尺寸為工序尺寸為A A1 1： 工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，所以只有基準(zhǔn)位移誤差，而沒有基準(zhǔn)不重合誤差。定位誤差為：2sin2dYD工序尺寸為工序尺寸為A2A2： 工序基準(zhǔn)為下母線，定位基準(zhǔn)為圓心，不重合B0。=YB，符號(hào)的確定：當(dāng)定位基面直徑由大變小時(shí)，定位基準(zhǔn)朝下運(yùn)動(dòng)，使A2變大，當(dāng)定位基面直徑由小變大時(shí)；假定定位基準(zhǔn)不動(dòng)，工序基準(zhǔn)相對(duì)于定位基準(zhǔn)向上運(yùn)動(dòng)，使A2變小。兩者變動(dòng)方向相反，所以有： 工序尺寸為工序尺寸為A A3 3時(shí)時(shí)：與A2

13、相反如下：4 4、工件以表面組合定位：、工件以表面組合定位： 實(shí)際工作中，加工箱體時(shí)，采用一面兩銷定位，即大平面與相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)孔組合定位。12sin12dD12sin12dBYD尺寸方向與位置尺寸方向與位置加工尺寸加工尺寸計(jì)算公式計(jì)算公式水平尺寸，任意位置B1、B2、B3Y=X1max垂直尺寸，在O1、O2上A2A4Y=X1mxaY=X2max 在O1、O2之間垂直尺寸A3Y=X1max+2B2tan在O1、O2之間垂直尺寸A1 A5Y=X1max+2B1tanY=X2max+2B3tan aXDb2/min2min2 削邊銷的尺寸計(jì)算如下式：13.4 工藝系統(tǒng)的受力變形誤差一、概述：一、概

14、述： 工藝系統(tǒng)是由多個(gè)環(huán)節(jié)組成 ，每一個(gè)環(huán)節(jié)在外力作用下發(fā)生彈性變形和部件接觸之間間隙造成了刀具與工件相對(duì)位置變化誤差。如圖如圖13.1013.10： 工藝系統(tǒng)抵抗變形的能力越大，工藝系統(tǒng)的變形就越小。 工藝系統(tǒng)抵抗變形的能力稱為工藝系統(tǒng)剛度： Fp切削力沿加工表面法線方向的分力； yxt工藝系統(tǒng)在總切削力作用下加工表面法線方向的變形。 切削時(shí)機(jī)床的有關(guān)零部件、夾具、刀具和工件在切削力的作用下都會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形，工藝系統(tǒng)在某處法向總變形量為各個(gè)組成部分在該處的法向變形疊加。xtpxtyFk即總變形量為：即總變形量為： yxt=yjc+ydj+yjj+ygj各部分的剛度為： yjc機(jī)床的變形

15、量，mm kjc機(jī)床的剛度N/mm ydj刀架的變形量; mm kdj刀架的剛度；N/mm yjj夾具的變形量；mm kjj夾具的剛度；N/mm ygj工件的變形量；mm kgj工件的剛度；N/mmgjjjdjjcxtgjpgjjjpjjdjpdjjcpjcxtpxtkkkkkyFkyFkyFkyFkyFk11111;二、工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差：二、工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差： 切削時(shí)，刀具相對(duì)于工件的位置在不斷的變化，所以作用力的大小及作用點(diǎn)的位置總是變化的。1、切削力大小變化引起的加工誤差： 由于吃刀深度和工件表面硬度的變化，切削力也在不斷的變化，加工時(shí)容易將毛坯的誤差反復(fù)到工

16、件表面上，這種現(xiàn)象叫誤差的復(fù)映。 毛坯的誤差為m ，每次走刀的復(fù)映誤差，所以工件的誤差為：gj=m 由于y總小于ap，即總是小于1，它反映了毛坯誤差經(jīng)過加工后的減小程度。與工藝系統(tǒng)的剛度成反比，與切削力Fx的系數(shù)成正比，要減小工件的復(fù)映誤差，可通過增加工藝系統(tǒng)的剛度或減小徑向切削力的系數(shù)。 如果毛坯誤差太大，要經(jīng)過多次時(shí)，則總誤差為： gj=1*2*nm2 2、切削力作用點(diǎn)位置變化引起的加工誤差：、切削力作用點(diǎn)位置變化引起的加工誤差： （1）切削過程中受力點(diǎn)位置變化引起的工件形狀誤差 如車削外圓表面（短軸、長(zhǎng)軸）時(shí)，變形誤差的形式不一樣。加工短軸時(shí)與工藝系統(tǒng)的剛度有關(guān)如上式中當(dāng)Z=L時(shí)最大值，

17、Z=0最小，計(jì)算出的差值為圓柱度誤差。 (2)車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí) 工藝系統(tǒng)的剛度可以忽略不小，它比工件的剛度大許多，那么工藝系統(tǒng)的位移誤差完全取決于工件的變形量如下：22111LzkLzLkkFyyywztjdjXdjzxtLzzLEIFyXw2233、其它力引起的加工誤差：由慣性力引起的加工誤差：如圖它可能造成圓度誤差：由傳動(dòng)力引起的加工誤差 同樣造成圓度誤差；由夾緊力引起的加工誤差； 由重力引起的加工差；三、工藝系統(tǒng)中部件的受力變形：三、工藝系統(tǒng)中部件的受力變形： 工藝系統(tǒng)的變形是由各個(gè)部件的變形綜合。影響的因素有： 1、連接表面的接觸變形；受表面粗糙度、形狀誤差的影響； 2、低剛度零件的自身變

18、形； 3、間隙的影響；四、減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施：四、減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施： 1、提高接觸剛度； 2、設(shè)置輔助支承，提高局部剛度； 3、采用合理的裝夾方法； 4、采用補(bǔ)償或轉(zhuǎn)移變形的方法；13.5 工藝系統(tǒng)的熱變形誤差 在切削加工過程中，產(chǎn)生大量的熱量，使工藝系統(tǒng)溫度升高導(dǎo)致產(chǎn)生熱變形，從而引起加工誤差，特別是精加工時(shí)，比較明顯?？偧庸ふ`差的40%70%是由于溫度的變化而引起的。 工藝系統(tǒng)的熱源可分為內(nèi)部熱源和外部熱源兩大類。內(nèi)部熱源是切削熱、摩擦熱等；外部熱源是環(huán)境熱源和輻射熱源。 一、機(jī)床熱變形引起的加工誤差：一、機(jī)床熱變形引起的加工誤差： 機(jī)床在運(yùn)轉(zhuǎn)和加工過程中，由于內(nèi)外熱源的

19、影響，溫度升高各部件的變形不一，這樣使機(jī)床原有的幾何精度遭到破壞，從而造成加工誤差。二、工件熱變形對(duì)加工精度的影響：二、工件熱變形對(duì)加工精度的影響： 1、工件均勻受熱；影響尺寸精度和圓柱度誤差； 2、工件不均勻受熱：主要是加工平面、薄壁零件； T上下溫差 L、H工件長(zhǎng)度與厚度 工件熱膨脹系數(shù) HLT82三、刀具熱變形的影響：三、刀具熱變形的影響： 刀具產(chǎn)生熱變形的熱源主要是切削熱。切削熱傳入刀具的比例雖然不大（車削時(shí)約為5左右），但由于刀具體積小，熱容量小，所以刀具切削部分的溫升仍較高。 粗加工時(shí)，刀具熱變形對(duì)加工精度的影響一般可以忽略不計(jì)對(duì)于加工要求較高的零件，刀具熱變形對(duì)加工精度的影響較大

20、，將使加工表面產(chǎn)生尺寸誤差或形狀誤差。四、減小熱變形的主要措施：四、減小熱變形的主要措施： 1、減小工藝系統(tǒng)熱源的發(fā)熱： 盡可能分離出去的熱源；在相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取措施改善摩擦條件；向切削區(qū)加注冷卻潤(rùn)滑液，可減少切削熱對(duì)工藝系統(tǒng)熱變形的影響。 2、保持工藝系統(tǒng)的熱平衡： 在切削加工之前，先對(duì)機(jī)床進(jìn)行預(yù)熱，達(dá)到熱平衡后再加工。 3、控制環(huán)境溫度： 保證車間環(huán)境溫度，特別是對(duì)精密、超精密機(jī)床更為重要。13.6 工件內(nèi)應(yīng)力造成的誤差 內(nèi)應(yīng)力是指在沒有外力作用下或去除外力后工件殘存的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力具有不穩(wěn)定狀態(tài)，常溫下容易失去原有的狀態(tài)，引起內(nèi)應(yīng)力重新分布，產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力誤差。一、產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的原因：一、產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的原因： 1、毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力： 2、工件冷校直時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力：二、減小和消除內(nèi)應(yīng)力的工藝措施：二、減小和消除內(nèi)應(yīng)力的工藝措施： 1、合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)； 設(shè)計(jì)時(shí)盡量簡(jiǎn)化零件的結(jié)構(gòu)，使壁厚均勻，提高零件的剛度等。 2、合理安排工藝過程； 加工時(shí)盡量將粗、精分開，有利于精加工時(shí)修正誤差。 3、對(duì)工件進(jìn)行熱處理和時(shí)效處理； 退火、正火、時(shí)效均可以消除內(nèi)應(yīng)力。13.7 加工誤差綜合分析簡(jiǎn)介 加工誤差產(chǎn)生的因素是錯(cuò)綜復(fù)雜的，很難用某種原因說明，必須運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的