機械制造工藝學(4)ppt課件

1、3 機械加工精度零件加工質量：加工精度、外表質量本章內容：機械加工精度分析各種原始誤差對加工精度影響的規(guī)律掌握控制加工誤差的方法提高加工精度的途徑3.1 3.1 概述概述一、機械加工精度定義：零件加工后的實踐幾何參數(shù)尺寸、外形、位置與理想幾何參數(shù)的符合程度加工誤差：實踐幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度加工精度、加工誤差是評定零件幾何參數(shù)的不同角度精度：尺寸、外形、位置聯(lián)絡：外形公差限制在位置公差之內，位置公差限制在尺寸公差之內獲得：工件和刀具在切削過程中保證正確的相互位置工藝系統(tǒng)與原始誤差工藝系統(tǒng)與原始誤差工藝系統(tǒng)：機床、刀具、夾具、工件構成的完好的系統(tǒng)原始誤差：工藝系統(tǒng)的誤差研討加工精度的目

2、的：弄清各種原始誤差的物理、力學本質，及其對加工精度影響，分析各種原始誤差對加工精度影響的規(guī)律，掌握控制加工誤差的方法，提出提高加工精度的途徑二、影響機械加工精度的要素三、誤差敏感方向切削加工過程中，由于各種原始誤差的影響，會使刀具和工件間的正確幾何關系遭到破壞，引起加工誤差。各種原始誤差的大小和方向各不一樣，但加工誤差必需在工序尺寸方向度量。不同的原始誤差對加工誤差的影響不同三、誤差敏感方向(續(xù))例：車削：原始誤差： 加工誤差：AA 22000202coscos2RRRRR0RRR00：加工外表法向，加工誤差最大090：加工外表切向，加工誤差最小三、誤差敏感方向(續(xù))誤差敏感方向：對加工精度

3、影響最大的那個方向(經(jīng)過刀刃的加工外表的法向)稱為誤差的敏感方向。思索幾種不同的加工方法：車床、刨床、外圓磨削、鏜床在分析影響機械加工精度的原始誤差，可只思索誤差敏感方向的原始誤差的影響。四、研討加工精度的方法兩種：1、單要素分析法2、統(tǒng)計分析法：實測一批工件，運用數(shù)理統(tǒng)計方法處置數(shù)據(jù)，來判別誤差的性質和規(guī)律。實踐中：兩種方法結合運用本章的兩大內容。2.2 工藝系統(tǒng)的幾何誤差一、加工原理誤差采用近似的成型運動或近似的刀刃輪廓進展加工而產(chǎn)生的誤差加工原理誤差實例1、三坐標數(shù)控銑床加工復雜型面零件，用球頭刀采用“行切法加工2、滾齒：用阿基米德蝸桿或法向直廓蝸桿替代漸開線根本蝸桿原理性誤差：可行性分

4、析，對零件性能的影響程度簡化機床構造或刀具。二、機床的幾何誤差機床的制造誤差、安裝誤差與磨損都影響零件的加工精度。本小節(jié)主要引見：機床主軸回轉精度機床導軌導向精度傳動鏈運動精度對零件加工精度的影響(一)、機床主軸回轉誤差1、根本概念理想回轉中心：主軸任一截面上在主軸回轉時速度一直為0的那一點。理想回轉中心實踐上不存在-瞬時回轉中心；瞬時回轉軸線主軸回轉誤差：主軸瞬時回轉軸線相對其平均回轉軸線瞬時回轉軸線的對稱中心在規(guī)定丈量平面內的變動量。根本方式：徑向圓跳動、端面圓跳動、角度擺動一、機床主軸回轉誤差(續(xù))根本方式：徑向圓跳動、端面圓跳動、角度擺動徑向圓跳動：影響圓柱面的精度端面圓跳動：影響端面

5、外形和軸向尺寸精度；加工螺紋時，影響螺距精度角度擺動：影響圓柱面與端面加工精度實踐的主軸回轉誤差是這三種誤差的綜合，周期性的合成運動。交點位置固定不變2、主軸回轉誤差的影響要素主軸誤差、軸承誤差、軸承間隙、軸承與孔的配合、主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度、熱變形光滑、冷卻不同類型機床，影響要素各不一樣。工件回轉類：切削力方向不變，軸徑圓度影響大刀具回轉類：切削力方向隨旋轉方向改動，支承軸徑圓度影響大。3 3、主軸回轉精度丈量、主軸回轉精度丈量(1)(1)1 1靜態(tài)丈量：千分表、芯軸等靜態(tài)丈量：千分表、芯軸等3 3、主軸回轉精度丈量、主軸回轉精度丈量(2)(2)2)2)傳感器丈量：精細丈量球、垂直方向兩個

6、位傳感器丈量：精細丈量球、垂直方向兩個位移傳感器偏心移傳感器偏心e:e:無徑向跳動無徑向跳動, ,李沙育圓；李沙育圓； 有徑向跳動，非圓：有徑向跳動，非圓：4 4、提高主軸回轉精度措施、提高主軸回轉精度措施1 1提高主軸部件精度：提高主軸部件精度：軸承精度、采用高精度的多油楔動壓軸承、靜壓軸承；軸承精度、采用高精度的多油楔動壓軸承、靜壓軸承；軸承座孔；主軸本身主軸軸徑加工精度；軸承座孔；主軸本身主軸軸徑加工精度；液體靜壓軸承：徑向和端面跳動：液體靜壓軸承：徑向和端面跳動：0.04um0.04um空氣靜壓軸承空氣靜壓軸承4 4、提高主軸回轉精度措施、提高主軸回轉精度措施( (續(xù)續(xù)) )2)滾動軸

7、承適當預緊：消除間隙或產(chǎn)生微量過盈，提高接觸剛度，對滾動軸承中的內外圈滾道和滾動體的誤差有均化作用3高速主軸：光滑與冷卻，減少熱變形；動平衡主軸及安裝在主軸上的零部件；4隔離主軸回轉誤差：普通車床：裝在主軸錐孔中的前頂尖隨主軸回轉，直接影響工件圓度；磨床：將前頂尖做成固定的，主軸只傳送動力，工件圓度只與前后頂尖的精度有關。二、機床導軌導向誤差二、機床導軌導向誤差1、導軌導向精度導軌精度：機床導軌副運動件與固定件間實踐運動方向與理想運動方向的符合程度。導軌：是機床中主要任務部件 相互位置的基準和運動基準。直線導軌導向精度直線導軌導向精度1在程度面內的直線度2在垂直面內的直線度3前后導軌平行度扭曲

8、4導軌對主軸回轉軸線的平行度xy2 2、導軌導向精度對加工精度的影響、導軌導向精度對加工精度的影響(1)(1)需詳細分析：導向誤差在不同的加工方法和不同的加工對象，產(chǎn)生不同的加工誤差誤差敏感方向車床：當車床導軌與主軸中心線在程度面內有平行度誤差時，工件會被車成圓錐體，而不是圓柱體。 車床導軌與主軸中心線在垂直面內有平行度誤差時，車出來的工件是雙曲面回轉體。在鏜床上，誤差敏感方向隨刀具回轉而變化導軌在程度面及垂直面內的直線度誤差，均直接影響工件的加工精度。同時，鏜床導軌的扭曲，會使所加工的孔產(chǎn)生位置誤差。 2 2、導軌導向精度對加工精度的影響、導軌導向精度對加工精度的影響(2)(2)磨床磨床2

9、2、導軌導向精度對加工精度的影響、導軌導向精度對加工精度的影響(3)(3)扭曲扭曲/RHH BRH：車床中心高B：導軌寬度車床：H/B=2/3磨床：H/B=1加工誤差不能忽略2 2、導軌導向精度對加工精度的影響、導軌導向精度對加工精度的影響(4)(4)在鏜床上，誤差敏感方向隨刀具回轉而變化,導軌在程度面及垂直面內的直線度誤差，均直接影響工件的加工精度。同時，鏜床導軌的扭曲，會使所加工的孔產(chǎn)生位置誤差。ab/cosa b2 2、導軌導向精度對加工精度的影響、導軌導向精度對加工精度的影響(5)(5)3 3、導軌導向誤差產(chǎn)生的緣由、導軌導向誤差產(chǎn)生的緣由1制造誤差2主要的是由于機床的安裝不良所致；3

10、因根底不良或自重下沉，會引起導軌嚴重的扭曲變形；特別對于長導軌；4導軌磨損那么是導軌誤差的另一重要緣由； 由于運用程度不同、受力不等，運用一段時期后，不僅導軌全長上各段的磨損量不同在同一橫截面上各導軌面上的磨損量也不等。導軌磨損會使溜板在程度面和垂直面內發(fā)生位移，且有傾斜。 4 4 減少導軌誤差的措施減少導軌誤差的措施1在機床安裝時要有良好的根底，必需進展嚴厲的丈量和校正；2在機床運用期間應定期復校和調整，以減小機床導軌的扭曲變形；3加強機床的日常保養(yǎng)和維護，堅持機床的清潔，運動部件要經(jīng)常加油光滑。 ( (三三) )、機床傳動誤差、機床傳動誤差1機床傳動誤差： 螺紋加工或用展成法加工齒輪時，必

11、需保證刀具與工件間嚴厲的運動關系。螺紋：工件一轉 刀具挪動一個螺距齒輪：滾刀一轉 工件一齒工件和刀具間的運動關系由內聯(lián)絡傳動鏈保證。機床傳動誤差：指內聯(lián)絡傳動鏈始、末兩端傳動元件間的相對運動的誤差。運動誤差滾齒機傳動誤差滾齒機傳動誤差Y3150E傳動道路工件轉角和刀具轉角關系：2、誤差傳送系數(shù)假定滾刀轉動均勻，可將工件相對滾刀轉角誤差作為傳動誤差。設與滾刀相連的齒輪Z1的轉角誤差為 ，工件的轉角誤差為：1z中間的系數(shù)是兩末端件間的傳動比，稱誤差傳送系數(shù)。不同的傳動件到工件都有不同的傳動比，即有不同的誤差傳送系數(shù)。誤差傳送系數(shù)續(xù)傳動鏈中某傳動件到工件的運動關系為：微分：代之以轉角誤差igiiki

12、giidk digiik當ki1時，誤差放大； ki1時，誤差減少不同的傳動件的轉角誤差對傳動誤差的奉獻不同，其中蝸輪的影響最大。蝸輪和蝸桿間采用大的傳動比，可以減小傳動誤差。轉角誤差：如齒距偏向、切向綜合偏向等傳動鏈中一切傳動件對傳動誤差總的影響可疊加計算或用概率法估算。但都不準確。周期與方向3、傳動誤差丈量1靜態(tài)丈量：精細多面體、經(jīng)緯儀等2動態(tài)丈量：磁柵、光柵等對獲得的信號進展處置，如頻譜分析，可以獲知哪些傳動元件對傳動誤差影響最大。4、減少傳動誤差措施1盡能夠縮短傳動鏈：用電子傳動鏈替代機械傳動鏈、用伺服驅動替代機械驅動2提高裝配精度，減小傳動元件裝配幾何偏心3提高傳動鏈末端元件制造精度

13、：重慶機床廠：分度蝸輪制造精度4在傳動鏈中按降速原那么分配各傳動副的傳動比：滾齒機分度蝸輪齒數(shù)大、絲桿磨床中母絲桿的螺距大5誤差補償安裝機械校正、自動補償在傳動鏈中人為地參與一個誤差，使它與傳動鏈本身的誤差大小相等、方向相反，從而使之相互抵消。滾齒機傳滾齒機傳動誤差微動誤差微機補償系機補償系統(tǒng)統(tǒng)(四)、其他幾何誤差1、刀具誤差 1普通刀具：車、鏜、銑，調刀保證尺寸，對加工精度無直接影響 2定尺寸刀具：孔加工，鉆、鉸、鍵槽銑、鏜刀塊、孔拉刀；對尺寸直接影響； 3展成刀具：滾刀、插齒刀等 4成型刀具 ：外形精度直接影外形精度直接影響工件外形精度響工件外形精度(四)、其他幾何誤差(續(xù))2、工件裝夾誤

14、差與夾具誤差：夾具內容3、丈量誤差：量具誤差、丈量時的誤差接觸條件、溫度、目測方法(四)、其他幾何誤差(續(xù))4、調整誤差試切法： a、丈量誤差 b、進給機構位移誤差：微量調整刀具位置，進給爬行 c、試切與正式加工切削厚度不同的影響調整法：以試切為根底，存在試切法中的誤差 a、行程擋塊、靠模、凸輪等設定尺寸的機構的制造精度、剛度，以及與之配合的離合器、控制閥的靈敏度 b、樣板或樣件：制造、安裝、調整精度 c、試切數(shù)量缺乏：誤差反映不全面2.3 工藝系統(tǒng)的受力變形 工藝系統(tǒng)在切削、夾緊、傳動、重力和慣性等外工藝系統(tǒng)在切削、夾緊、傳動、重力和慣性等外力的作用下，會發(fā)生變形，破壞刀刃與工件間正力的作用

15、下，會發(fā)生變形，破壞刀刃與工件間正確的相互位置關系，使工件產(chǎn)生加工誤差。確的相互位置關系，使工件產(chǎn)生加工誤差。1. 1. 工藝系統(tǒng)的剛度工藝系統(tǒng)的剛度2.2.工藝系統(tǒng)受力變形對加工工藝系統(tǒng)受力變形對加工 精度的影響精度的影響3.3.影響工藝系統(tǒng)剛度的要素影響工藝系統(tǒng)剛度的要素4.4.提高工藝系統(tǒng)剛度的措施提高工藝系統(tǒng)剛度的措施一.工藝系統(tǒng)的剛度靜剛度定義： 單位變形所需施加的力：作用力與由它所引起的在作用力方向上產(chǎn)生的變形量的比值。Fky工藝系統(tǒng)的剛度定義：切削力法向分力Fy，與工件在總切削力作用下刀具相對工件在法向分力向上的位移的比值。注：yxt是總切削力作用的結果，而非僅僅是法向分力Fy的

16、作用結果。負剛度能夠出現(xiàn)變形方向法向分力向上相反的情況。這時的剛度，稱為負剛度。負剛度對加工質量不利，應盡量防止。刨削 車削工藝系統(tǒng)是由機床、刀具、夾具和工件四者組成的一個整體。在切削力作用下，各部分都將發(fā)生變形。將各部分在同一處的法向變形疊加，即得到工藝系統(tǒng)的總變形。工藝系統(tǒng)的總變形xtjcdjjjgyyyyy根據(jù)上述定義，有yjcjcFykydjdjFykyjjjjFykyggFyk11111xtjcdjjjgkkkkk工藝系統(tǒng)剛度分析11111xtjcdjjjgkkkkk公式分析：剛度低的環(huán)節(jié)對總剛度的奉獻最大。欲提高工藝系統(tǒng)的總剛度，應從剛度最低的環(huán)節(jié)出發(fā)。工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的

17、影響分析，也應以此為原那么。如：車削外圓：細長軸車削，細長軸剛度最低，其他部分變形可忽略不計。箱體鏜孔：鏜桿懸伸長，屬于剛度最低環(huán)節(jié)，主要分析長鏜桿變形的影響。工藝系統(tǒng)剛度確定1、當工藝系統(tǒng)比較簡單，或某個環(huán)節(jié)剛度明顯較低時，直接用資料力學的有關公式求解.如：車床卡盤中長棒料車削，簡化為懸臂梁33yF LyEI33yFEIkyL車床兩頭頂尖間長棒料車削：348yF LyEI348yFEIkyLE：資料彈性模量，鋼I：截面慣性矩52 10/N mm2、實驗測定二、工藝系統(tǒng)剛度對加工精度影響1在車床兩頂尖間車削粗而短的光軸忽略車刀、工件變形思索：主軸箱頭架、尾座頂尖、刀架變形1、受力點位置變化引起

18、的外形誤差()xtjtjwztjxyyxyyyL 機床總變形：jcxdjyyy由剛度定義：yAtjtjtjFFLxykkLyBwzwzwzFFxykkLydjdjFyk1在車床兩頂尖間車削粗而短的光軸(續(xù))1在車床兩頂尖間車削粗而短的光軸(續(xù))22111( )()( )jcytjwzdjLxxyxFkLkLk存在極值，當wztjwzk Lxkk，max11jcytjwzdjyFkkk上述數(shù)值中，最大值最小值，為圓柱度誤差。實踐計算結果：42 ,5 ,4 10 ,300tjwzdjykkkFN L=600mm, 圓柱度誤差為0.0033mm。22111( )()( )jcytjwzdjLxxyx

19、FkLkLk當x=0:1111jcxtytjdjykFkk當x=L/2:211111()4jcxtytjwzdjykFkkk當x=L:3111jcxtywzdjykFkk1在車床兩頂尖間車削粗而短的光軸(續(xù))2在車床兩頂尖間車削細長軸主要思索工件變形22()3ygFLxxyEIL2Lx ，工件變形最大3max48ygF LyEI工件呈鼓形2、誤差復映加工前工件截面為橢圓。按圓調整刀具。在不同位置，切削深度不同，因此切削力不同，由此工藝系統(tǒng)的變形不同。實踐切削厚度發(fā)生變化，切削深度變化量等于工藝系統(tǒng)的變形量。原來有圓度誤差的截面加工完成后，仍存在圓度誤差。這種景象稱為誤差復映。加工前外表加工后外

20、表將工藝系統(tǒng)剛度近似作為常量。分析車削.2、誤差復映(續(xù))式中，A徑向切削力系數(shù)， 系數(shù) 與工件資料和刀具角度有關的系數(shù)； f進給量12mppaa12gyy max1yFykmin2yFyk0.75()()yFppFC fayA ay:0.4yzFFFC計算：毛坯圓度的最大誤差車削后的圓度誤差對車削有切削力2、誤差復映(續(xù)) 稱為誤差復映系數(shù)。由于 總小于 ，因此 為小于1的正數(shù)。它定量地反映了毛坯誤差加工后減小地程度。目的是使誤差復映系數(shù)減小：增大廣義系統(tǒng)剛度；減小徑向切削力系數(shù)減少進給量、運用主偏角接近900的車刀等1111()ppA ayAyakk22pAyak1212()gppAyya

21、ak gmAkgm 多次走刀： 總誤差復映系數(shù)：多次走刀可提高加工精度，但降低消費率。IT7要求的工件經(jīng)過23次走刀后，毛坯外形誤差復映到工件上的誤差可減小到允許的范圍內。同理，當毛坯有外形誤差或位置誤差時，加工后依然有同類的誤差。根本緣由是工藝系統(tǒng)的受力變形。在成批消費中，用調整法加工會呵斥毛坯尺寸不一 工件尺寸不一 毛坯硬度不均勻 工件尺寸分散111221(1),.,gmgggkkg k12.1gkkm 2、誤差復映(續(xù))3、其他力引起的加工誤差 1夾緊力：工件剛度過低或著力點不當：薄壁套、薄板類零件3、其他力引起的加工誤差續(xù)導軌中部運用過程中磨損大，加工時略使中部凸起(0.02).加工時

22、運用夾緊變形使中部凹下，加工后，由于彈性變形恢復，使中部略凸。3、其他力引起的加工誤差續(xù)2重力：自重.龍門銑床、龍門刨床的刀架橫梁變形、銑鏜床鏜桿懸伸過長3慣性力：高速切削：存在不平衡的旋轉件離心力大于切削力：軸承座孔的影響、圓度誤差三、機床剛度的測定靜態(tài)丈量、動態(tài)丈量1、靜載測定法：單向靜載測定測力環(huán)測力環(huán)螺旋加力器螺旋加力器機床部件的剛度曲線特點1)變形與作用力不是線性關系，反映刀架變形不僅僅是彈性變形。2加載與卸載曲線不重合，包容的面積為加載卸載循環(huán)中所損失的能量：部件內零件間的摩擦和接觸塑性變形作的功。3)卸載后曲線不回到原點：有殘留變形。4)部件的實踐剛度小于估算剛度。三向靜載測定模

23、擬實踐車削受力：設置Fx、Fy、Fz的比值，從x、y、z三個方向加載，分別測定頭架、刀架、尾架變形，計算剛度值。弓形加載器弓形加載器2、任務形狀測定法芯軸：剛度高，變形忽略、一次進給根據(jù)誤差復映原理，按接近實踐加工形狀測定剛度。加工前尺寸：H11,H12 H21,H22 H31,H32加工后尺寸：h11,h12 h21,h22 h31,h321232、任務形狀測定法續(xù)根據(jù)誤差復映原理：111211112hhHH212222122hhHH313233132hhHH由：Ak11xtAk22xtAk33xtAk由加工短而粗的光軸公式：1111xttjdjkkk211111()4xttjwzdjkkkk3111xtwzdjkkk1111tjxtdjkkk2111wzxtdjkkk21212111()2djxtxtxtkkkk2、任務形狀測定法續(xù)缺陷：不能得到完好的剛度特性曲線；隨機要素影響結果：資料硬度不均勻四、影響機床剛度的要素1、銜接外表接觸變形的影響 零件外表存在宏觀和微