機械加工精度講解

1、1 2 3 4 5 6 b）端面圓跳動 a）徑向圓跳動 c）傾角擺動 主軸回轉(zhuǎn)誤差基本形式 7 R Y R R R =X 誤差敏感方向 Y R0 X a） Y R0 X b） 8 主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響 主軸徑向圓跳動對加工精度的影響（鏜孔） e 徑向跳動對鏜孔精度影響 考慮最簡單的情況，主軸回轉(zhuǎn)中心在X方向上作簡 諧直線運動，其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，幅值為2e。則刀 尖運動軌跡接近于正圓。 主軸徑向圓跳動對加工精度的影響（車外圓） 徑向跳動對車外圓精度影響 1 2 3 4 5 6 7 8 e 結(jié)論：結(jié)論：主軸徑向跳動影 響加工表面的圓度誤差 9 主軸端面圓跳動對加工精度的影響 主軸傾角擺

2、動對加工精度的影響 10 11 導軌導向誤差對加工精度的影響 X H R D B X Y 12 13 f Z zz c） Hy R0 f X Z L f d Ddx a）b） 14 15 齒輪機床傳動鏈 z7 = z8 = 16 z1 = 64 zn = 96 z5 = z6 = 23 z3 = z4 = 23 b z2 = 16 zn-1 = 1 ic e f a c d 11 1 sin nn jjjnj jj j kkt k 以齒輪機床傳動鏈為例： 式中 n 傳動鏈末端元件 轉(zhuǎn)角誤差； kj 第j 個傳動元件的 誤差傳遞系數(shù)，表明第j個傳動 元件對末端元件轉(zhuǎn)角誤差影響 程度，其數(shù)值等于該

3、元件至末 端元件的傳動比； n 傳動鏈末端元件 角速度； j 第j 個傳動元件轉(zhuǎn) 角誤差的初相角。 16 17 18 19 在加工誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)， 稱為工藝系統(tǒng)剛度。 p F k X 式中 k工藝系統(tǒng)剛度； Fp吃刀抗力； X 工藝系統(tǒng)位移（切削合力作用下的位移） 20 11111 jcjjdg kkkkk 式中 k 工藝系統(tǒng)剛度； kjc 機床剛度； kjj 夾具剛度； kd 刀具剛度； kg 工件剛度。 工藝系統(tǒng)受力變形等于工藝系統(tǒng)各組成部分受力變形之迭 加。由此可導出工藝系統(tǒng)剛度與工藝系統(tǒng)各組成部分剛度 之間的關(guān)系： 21 機床變形引起的加工誤差 式中 Xjc 機床總變形； Fp

4、 吃刀抗力； ktj 機床前頂尖處剛度； kwz 機床后頂尖處剛度； kdj 機床刀架剛度； L 工件全長； Z 刀尖至工件左端距離 。 22 111 jcp tjwzdj LZZ XF kLkLk 變形隨受力點變化規(guī)律 Xtj Xwz Xdj X Fp A A B B C C Z L FAFB Xz 22 23 2 22 2 111 3 p tjwzdj LZZLZZ XF kLkLkE J 機床變形和工件變形共同引起的加工誤差 工藝系統(tǒng)剛度 2 22 2 1 111 3 p tjwzdj F k X LZZLZZ kLkLkE J 24 式中 g 工件圓度誤差； m 毛坯圓度誤差； k 工

5、藝系統(tǒng)剛度； 誤差復映系數(shù)。 12 1212 0.750.75 12 12 1 1 pp gpp FpFp ppm FF k CafCaf k C aa k 誤差復映現(xiàn)象 ap1 1 ap2 2 毛坯外形 工件外形 由于工藝系統(tǒng)受力變形， 使毛坯誤差部分反映到工 件上，此種現(xiàn)象稱為“誤 差復映” 25 機械加工中，誤差復映系數(shù)通常小于1?？赏ㄟ^多次走 刀，消除誤差復映的影響。 123n 誤差復映程度可用誤差復映系數(shù)來表示，誤差復映系數(shù) 與系統(tǒng)剛度成反比。由前式可得： k C m g 26 夾緊力影響 a） b） 薄壁套夾緊變形 薄壁工件磨削 【例1】薄壁套夾緊變形 解決：加開口套 【例2】薄壁

6、工件磨削 解決：加橡皮墊 27 龍門銑橫梁變形 【例】龍門銑橫梁 龍門銑橫梁變形轉(zhuǎn)移龍門銑橫梁變形補償 重力影響 解決1：重量轉(zhuǎn)移 解決2：變形補償 28 傳動力與慣性力影響 傳動力對加工精度的影響 z l R X Y Fp Fc Fcd Fcd x r a） O O r0 X Y Fp A Fcd rcd=Fcd / kc O Fc Fc / kc Fp / kc b） O 29 車床刀架變形曲線 X（m） 10203040500 1 2 3 F（KN） v 非線形關(guān)系， 。 v 加載和卸載曲線不重合 ，所圍面積表示克服摩擦 和接觸塑性變形所作功， 。 v 存在，反復加 載卸載后殘余變形0。

7、 v ，表明其變 形受多種因素影響。 30 v合理設計零部件結(jié)構(gòu)和截 面形狀 v提高連接表面接觸剛度（ 表面粗糙度，改進接觸質(zhì) 量，予加載荷） v采用輔助支承（中心架， 跟刀架，鏜桿支承等） 支座零件不同安裝方法 轉(zhuǎn)塔車床導向桿 v采用合理裝夾和加工方式 31 鑄件殘余應力引起變形 冷校直引起的殘余應力 壓 拉 加載 壓 壓 拉 拉 卸載 v 設計合理零件結(jié)構(gòu) v 粗、精加工分開 v 避免冷校直 v 時效處理 v 毛坯制造和熱處理產(chǎn)生的 殘余應力 v 冷校直帶來的殘余應力 v切削加工帶來的殘余應力 32 在精密加工和大件加工中，工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤 差占總誤差的約4070%。 v 溫度場

8、工藝系統(tǒng)各部分溫度分布 v 熱平衡單位時間內(nèi)，系統(tǒng)傳入的熱量與傳出的熱量 相等，系統(tǒng)各部分溫度保持在一相對穩(wěn)定的數(shù)值上 v溫度場與熱平衡研究目前以實驗研究為主 工藝系統(tǒng)熱源 內(nèi)部熱源 外部熱源 切削熱 摩擦熱 環(huán)境熱源 輻射熱 33 v 體積大，熱容量大，溫升不高，達到熱平衡時間長 v 結(jié)構(gòu)復雜，溫度場和變形不均勻，對加工精度影響顯著 運轉(zhuǎn)時間 / h 0 1 2 3 4 50 150 100 200 位移 /m 20 40 60 80 溫升 / Y X 前軸承溫升 車床受熱變形 a） 車床受熱變形形態(tài)b） 溫升與變形曲線 34 v 立銑（圖a） 立式銑床、外圓磨床、導軌磨床受熱變形 a）銑床

9、受熱變形形態(tài) b）外圓磨床受熱變形形態(tài) c）導軌磨床受熱變形形態(tài) v 外圓磨（圖b） v 導軌磨（圖c） 35 特點 變形曲線 (min) 車刀熱變形曲線 連續(xù)切削升溫曲線 冷卻曲線 間斷切削升溫曲線 （m） max b0c 0.63max 36 圓柱類工件熱變形 5級絲杠累積誤差全長5m，可見熱變形的嚴重性 53 1.1 1040014.410() 4.4() LLt mm m 式中 L， D 長度和直徑熱變形量； L，D 工件原有長度和直徑； 工件材料線膨脹系數(shù)； t 溫升。 LLt DDt 37 式中 X 變形撓度； L，S 工件原有長度和厚度； 工件材料線膨脹系數(shù)； t 溫升。 2 8

10、 Lt X S 板類工件單面加工時的熱變形 圖4-39 平面加工熱變形 X / 4 L S 22 1.120003 88600 0.022 () Lt X S mm 此值已大于精密導軌平直度要求 結(jié)果結(jié)果：加工時上表面升溫，工件向 上拱起，磨削時將中凸部分磨平， 冷卻后工件下凹。 例例：高600mm，長2000mm的床身 ，若上表面溫升為3，則變形量 為： 38 例例1：磨床油箱置于床身內(nèi)， 其發(fā)熱使導軌中凹 解決解決：導軌下加回油槽 平面磨床補償油溝 例例2：立式平面磨床立柱前壁 溫度高，產(chǎn)生后傾。 解決解決：采用熱空氣加熱立柱后 壁。 均衡立柱前后壁溫度場 v 減少切削熱和磨削熱，粗、 精

11、加工分開。 v 充分冷卻和強制冷卻。 v 隔離熱源。 39 支承距影響熱變形 L1L2 v 熱對稱結(jié)構(gòu) v 熱補償結(jié)構(gòu) 雙端面磨床主軸熱補償 1主軸 2殼體 3過渡套筒 熱伸長方向熱伸長方向 v 合理選擇裝配基 準 v高速空運轉(zhuǎn) v人為加熱 v 恒溫 v 人體隔離 40 誤差預防指減小原始誤差本身或減小原始誤差的影響 a）b） 轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移 易位法加工時誤差均化過程 360 工件轉(zhuǎn)角 累積誤差 1 l1 l2 2 41 指人為引入附加誤差因素，以抵消或減小原始誤差的影響 高壓油泵偶件自動配磨裝置示意圖 柱塞銷 柱塞 42 絲扛加工誤差補償裝置 1 工件 2 螺母 3 母絲杠 4

12、杠桿 5 校正尺 6 觸頭 7 校正曲線 附加位移 螺母附加轉(zhuǎn)動 43 以彈性變形補償熱變形 v 以彈性變形補償 熱變形 以熱變形補償熱變形龍門銑橫梁變形補償 附加夾緊力 v 以熱變形補償熱 變形 v 以幾何誤差補償 受力變形 44 45 在順序加工一批工件中，其大小和方向均不改變，或按 一定規(guī)律變化的加工誤差。 常值系統(tǒng)誤差其大小和方向均不改變。如機床、 夾具、刀具的制造誤差，工藝系統(tǒng)在均勻切削力作用下 的受力變形，調(diào)整誤差，機床、夾具、量具的磨損等因 素引起的加工誤差。 變值系統(tǒng)誤差誤差大小和方向按一定規(guī)律變化。 如機床、夾具、刀具在熱平衡前的熱變形，刀具磨損等 因素引起的加工誤差。 加工

13、誤差 系統(tǒng)誤差 隨機誤差 常值系統(tǒng)誤差 變值系統(tǒng)誤差 46 在順序加工一批工件中，其大小和方向隨機變化的加 工誤差。 隨機誤差是工藝系統(tǒng)中大量隨機因素共同作用而引起 的。 隨機誤差服從統(tǒng)計學規(guī)律。 如毛坯余量或硬度不均，引起切削力的隨機變化而造 成的加工誤差；定位誤差；夾緊誤差；殘余應力引起的 變形等。 47 運用數(shù)理統(tǒng)計原理和方法，根據(jù)被測質(zhì)量指標的統(tǒng)計 性質(zhì)，對工藝過程進行分析和控制。 在排除變值系統(tǒng)誤差的情況下加工一批軸，準確地測 量并記錄每個零件的尺寸。然后，按尺寸的大尺寸的大 小小把整批零件分成若干組，每一組零件的尺寸處在一定 的尺寸間隔范圍內(nèi)。 同一尺寸間隔內(nèi)的零件數(shù)量稱為，頻數(shù)與

14、這批零 件的比值叫做。以頻數(shù)或頻率為縱坐標，零件尺寸 為橫坐標，可以得到若干點，用直線將這些點連接起來， 就可得到實折線。當加工零件數(shù)量增加、尺寸間隔線減 到很小(即組數(shù)分得很多)時，這根折線就非常接近曲線， 這類曲線叫實驗分布曲線。 48 正態(tài)分布 式中和分別為正態(tài)分 布隨機變量總體平均值 和標準差。 平均值=0，標準差 =1的正態(tài)分布稱為標 準正態(tài)分布，記為： x N ( 0, 1 ) 2 1 2 1 ,0 2 x yex y F（z） 正態(tài)分布曲線 ( z = 0 ) x(z)0z -+ 49 2 1 2 1 ( ) 2 x x F xedx 2 2 1 ( ) 0 2 z z F ze

15、d z x z 令： 將 z 代入上式，有： 則利用上式，可將非標準正態(tài)分布轉(zhuǎn)換成標準正態(tài)分布 進行計算。 稱 z 為標準化變量 y F（z） 正態(tài)分布曲線 ( z = 0 ) x(z)0z -+ 50 判斷加工性質(zhì) 確定工序能力 3 6 2 6 P PK CP TUTL C TUTL C 工序能力 工序能力系數(shù) 51 y 工藝能力系數(shù)符號含義 x0 33 公差帶 T TUTL 3 6 2 6 P PK CP TUTL C TUTL C 52 系 = - D基 = 0.08mm D D mm n DD n i i 04. 066 1 2 隨 53 0.01 1.5 0.04/6 x 60.04 x A x A x A x A 0 0.0000 0.3 0.2359 1.5 0.8664 3 0.9973 0.1 0.0746 0.5 0.3830 2.0 0.9542 3.5 0.9994 0.2 0.1856 1.0 0.6862 2.5 0.9876 4 0.9999 0.8664A 54 01234567