第六章机械加工精度
2020/11/27
第六章机械加工精度
第一节 概述
一．机械加工精度
•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。
•尺寸精度
•
•机械加工精 度
•形状精度
加
工
•位置精度
质
量
•表面粗糙度
•表面质量
•表面层的物理、力学性能
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二．误差的分类：
•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。
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二、工艺系统热变形对加工精度的影响
1. 机床的热变形：
•如 图 所 示 ， 主 轴 转 速 1200rpm ， 工 作8小时后，主轴抬高量达140μm， 在垂直面上的倾斜为60 μm/300mm。
•机床的热变形主要体现在：①主轴部 件 ②导轨 ③床身 ④立柱 ⑤工作台等 部件上。
② 结构上保证壁厚均匀； 的情况下热的作用大于力
③ 刚度适当；
的作用，故工件表层应力
④ 减少切削力，“小切深，通多常走呈刀“”表；层受拉，里层 ⑤ 尽量不用冷校直工序； 受压”状态。
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五．减少工艺系统受力变形的措施
1. 提高机床构件自身刚度； 2. 提高零部件间的接触刚度； 3. 设置辅助支承，提高系统刚度； 4. 加预紧力； 5. 采用合理的安装、加工方法； 6. 选用合理的切削用量、合理的刀
1. 加工原理误差
2. 工艺系统的几何误差
① 工•件机与刀具的相对位•置夹在静止状态已存•在刀的误差。如：刀具•、工夹具的制造
误床差与磨损，定位误具差等。
具
件
② 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。
3. 工艺系统的受力变形：——力效应误差
4. 工艺系统的受热变形：——热效•应环误差
5. 调整误差
境
6. 测量误差
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二．误差的分类：
•系统误差
•常值系统误 差
•误差的性质
•变值系统误 差
•随机误差
① 随机误差有大有小它们对称分布于 尺寸分布中心的左右。
② 距尺寸分布中心越近的随机误差出 现的可能性越大。
③ 随机误差在一定范围内分布。
•6σ
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第二节 加工原理误差对零件加工精度的影响
•如 ： 10m 长 的 龙 门 刨 床 床 身 高 为 0.8m，当床身上导轨面与底面温差 为 1°时，床身导轨的中凸量可达 0.19mm 。 这 个 数 值 可 表 示 为 ： 0.02/1000mm。
•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。
•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。
•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寸精度。但刀具的磨损将对 工件的加工精度产生影响。
a. 初期磨损阶段：
b. 正常磨损阶段：
•式中：L：切削长度
•
L1：初期磨损的切削行程长度
•
μ0：单位磨损量
•
μB：刀具的初期磨损量
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二、刀具的制造精度和尺寸磨损
•Δ
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2. 工件的热变形：
③减少工件热变形的措施： ➢ 粗、精分开； ➢ 合理选择切削用量； ➢ 合理选择刀具的几何形状； ➢ 充分利用冷却液；
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3. 刀具的热变形：
① 刀具连续工作时的热变形：
•τc1：时间常数，与刀具质量、比热、截 面积等有关。一般取： τc1=4min。
• 由此可见： ① 传动链短，则传动精度高； ② 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
度的重要原则； ③ 传动链中最后一个传动件的精度要高。
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二、刀具的制造精度和尺寸磨损
1. 定尺寸刀具和成形刀具的制造精度和尺寸磨损对加工精度的影响： 2. 一般刀具的尺寸磨损对加工精度的影响：
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三．工艺系统受力变形对加工精度的影响：
1. 切削力对加工精度的影响：
•以车削为例： ① 切削力的位置是变化的 a. 只考虑床头、尾座的变形：
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1. 切削力对加工精度的影响：
b. 考虑刀架的变形： c. 考虑工件的变形：
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工艺系统的变形曲线：
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第三节 工艺系统的制造精度和磨损对加工精度的影响
一．机床的误差： 1. 主轴的回转精度：
•例：镗孔时镗杆回转，镗杆中心作 某一方向的简谐振动。
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1. 主轴的回转精度：
① 回转精度的表现形式： a.轴向窜动： b.指回转轴线在轴向的位置变化。 b.径向跳动： •指回转轴线绕平均轴线作平行的 公转运动。 c.角度摆动： d.指回转轴线绕平均轴线作不平行 的公转运动。
间而变化； ③ 不同的加工方法、工件的形状不同，产生的热变形也不同；
•式中：
•α：工件材料的线膨胀系数； •L、D：工件原有的长度和直径； •△t：工件切削后的温升；
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2. 工件的热变形：
② 板材：
•例 如 ： 精 刨 铸 铁 导 轨 ， L=2000mm ， h=600mm ， 如 果 床 面 与 床 脚 温 差 为 2.4℃,α=1.1×10-5/℃，则：
② 刀具断续工作时的热变形： •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。
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三、减少工艺系统热变形的措施：
1. 减少热源产生的热量：
① 减少切削热和磨削热 ② 减少机床各运动副的摩擦热
2. 分离热源、隔离热源 3. 冷却、通风与散热
① 对加工件进行大流量或喷雾等方法冷却 ② 机床发热部件采取冷油强制冷却 ③ 热源部分采用通风散热措施
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1. 主轴的回转精度：
② 影响主轴回转精度的因素： a. 前后支承轴承的影响： b. 前后支承轴颈的圆度误差
的影响： ③ 主轴回转精度的测量：
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2. 导轨的几何精度
① 对机床导轨的精度要求： a. 导轨在水平面内的直线度
b. 导轨在垂直面内的直线度
c. 导轨与导轨之间垂直方向 的平行度
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四．内应力的重新分布对加工精度的影响
•毛坯热应力
•对于铸、锻、焊毛坯，由于
各部分厚度不均，冷却速度
•工件的内应力
•冷校直内应力
不等而产生的内应力。 •对于铸件：
•切削加工内应力
•“厚拉薄压” •“心部受拉、表层受压”
• 减少内应力的措施： ① 时效处理；
•力的作用使工件表层产生 压应力，热作用使工件表 层产生拉应力。在大多数
•可见：n↑，则：ε↓
•
Kst↑，则：ε↓
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2. 其它作用力对加工精度的影响
① 传动力引起的变形对工件的影响： •如图：
•FC •r
•R
•FC
•Y •传动力在Y方向的分力为：
•由传动力引起的工件夹持端在Y方向 的位移为：
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① 传动力引起的变形对工件的影响：
•在x处工件和刀具的相对位移： •在x处工件的实际半径：
3. 减少刀具尺寸磨损对加工精度影响的措施：
a. 进行刀具补偿；
•μ0
b. 选用合理的刀具材料；
c. 选用最佳的切削用量；
•高速钢刀具：
• V佳=0.4~0.5 m/s •硬质合金刀具:
• V佳=1.7~3.2 m/s
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三、夹具的制造精度与磨损
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第四节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
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3. 传动链精度
•以车螺纹为例，说明传动链精度对工件加工精度的影响： •如图所示：
•对上式微分：
•工件导程误差可表示为：
•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
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3. 传动链精度
•若仅考虑传动比的误差因素：
•△i的变化量最终反映到工件上是转角误差，故△i可表示为：
•一般机床：1000：0.02 •精密机床：1000：0.01 •接触精度：每平方英寸不 少于20个点。
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2. 机床导轨误差对工的影响
•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 向，故其对零件的形状精度影响极 小。
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一．基本概念： 1. 刚度和柔度：
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一．基本概念：
2. 工艺系统的刚度
•式中： •Fy：切削力在Y方向的分力；
•y：系统在切削力Fx、Fy、Fz共同作用下在Y方向上的变形；
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二、工艺系统刚度的测定：
1. 机床部件刚度的测定：
① 加载、卸载曲线不符合虎克定律； ② 有残余变形； ③ 加载曲线平坦，卸载曲线较陡； ④ 部件刚度远小于单件的刚度；
1. 切削力对加工精度的影响：
② 切削力的大小是变化的——误差复映原理 •切削分力Fy可表示为：
•车削时XFc=1，在一次走刀中 f不变，故：
•车削前圆度误差： •车削后圆度误差：
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② 切削力的大小是变化的——误差复映原理
•令：
•则：
•第一次走刀： •第二次走刀： •第n次走刀：
•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。