《機(jī)械加工精度分析》PPT課件.ppt

1、實(shí)驗(yàn)二 機(jī)械加工精度分析,中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京） 機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 呂戰(zhàn)竹,實(shí)驗(yàn)二 機(jī)械加工精度分析,一、機(jī)械加工精度概述 二、工藝系統(tǒng)幾何誤差 三、調(diào)整誤差 四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差 五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差 六、內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的誤差 七、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c內(nèi)容,一 、機(jī)械加工精度概述,（一）概述 1. 加工精度與加工誤差,加工精度：零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度。 加工誤差：零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）對(duì)理想幾何參數(shù)的偏離程度。,三點(diǎn)注意！,理想幾何參數(shù)的正確含義 加工精度與加工誤差的關(guān)系 包含的三個(gè)方面內(nèi)容,（一）概述,2.

2、 原始誤差,工藝系統(tǒng)存在著誤差是引起加工誤差的根本原因，將工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差。,包括工藝系統(tǒng)的幾何誤差、定位誤差、受力變形引起的加工誤差、受熱變形引起的加工誤差、內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的變形以及原理誤差、調(diào)整誤差和測(cè)量誤差等。,原理誤差 工件裝夾誤差 調(diào)整誤差 機(jī)床誤差 夾具誤差 刀具制造誤差 刀具磨損 工藝系統(tǒng)受力變形 工藝系統(tǒng)受熱變形 內(nèi)應(yīng)力引起的變形 測(cè)量誤差,（一）概述,3.誤差敏感方向,例：車削外圓時(shí),顯然：,工藝系統(tǒng)原始誤差方向不同，對(duì)加工精度的影響程度也不同。對(duì)加工精度影響最大的方向，稱為誤差敏感方向。,誤差敏感方向一般為加工表面過(guò)切削點(diǎn)的法線方向。,二、工藝系統(tǒng)幾何誤差,1

3、、機(jī)床的幾何誤差,機(jī)床、刀具、夾具的幾何誤差,主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差、傳動(dòng)鏈誤差,（1）主軸回轉(zhuǎn)誤差：主軸各瞬間實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對(duì)其理想回轉(zhuǎn)軸線的變動(dòng)量?？煞纸鉃閺较驁A跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)和角度擺動(dòng)三種形式。,1、機(jī)床的幾何誤差,（2）導(dǎo)軌誤差,導(dǎo)軌副運(yùn)動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與理想運(yùn)動(dòng)方向的偏差,此外，導(dǎo)軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量也是造成導(dǎo)軌誤差的重要因素。,導(dǎo)軌精度要求包括：在水平面內(nèi)的直線度；在垂直面內(nèi)的直線度；前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲）；導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度（或垂直度）等。,1、機(jī)床的幾何誤差,（3）傳動(dòng)鏈誤差,指?jìng)鲃?dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。主要影響刀具與工件之間速比關(guān)系的準(zhǔn)確性（如螺紋

4、、齒輪加工時(shí)），一般用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來(lái)衡量。以滾齒機(jī)為例,減小傳動(dòng)鏈誤差的措施: 1）盡可能縮短傳動(dòng)鏈，減少誤差源數(shù) 2）盡可能降速傳動(dòng)，并使末端傳動(dòng)副采用大的降速比，且要提高末端傳動(dòng)件的精度 3）提高傳動(dòng)元件的制造精度和裝夾精度，減小誤差源，特別是升速傳動(dòng)元件。 此外，還可采用傳動(dòng)誤差補(bǔ)償裝置,42,（5-2）,2、刀具的幾何誤差,定尺寸刀具的尺寸和形狀誤差影響加工尺寸和形狀精度 成形刀具的形狀誤差和安裝誤差影響加工形狀精度 展成刀具的尺寸、形狀及安裝誤差影響加工形狀精度 一般刀具的制造誤差不直接影響加工精度 刀具磨損對(duì)加工精度的影響,三個(gè)階段： 初期磨損階段 正常磨損階段 急劇磨

5、損階段,刀具正常磨損量 （5-3）,3、夾具的幾何誤差,夾具誤差影響加工位置精度。 與夾具有關(guān)的影響位置誤差的因素包括：,1）定位誤差； 2）刀具導(dǎo)向（對(duì)刀）誤差； 3）夾緊誤差； 4）夾具制造誤差； 5）夾具安裝誤差； ,通常取精加工夾具公差為工件上相應(yīng)尺寸公差的1/21/3，粗加工夾具則取1/51/10 。,三、調(diào)整誤差,1、試切法調(diào)整,調(diào)整機(jī)床、刀具、夾具的過(guò)程中產(chǎn)生的誤差,度量誤差、加工余量的影響、微進(jìn)給誤差,2、按定程機(jī)構(gòu)調(diào)整 3、按樣件或樣板調(diào)整,四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差,1、基本概念,機(jī)械加工工藝系統(tǒng)在力的作用下產(chǎn)生變形，破壞了工件與刀具之間正確的相對(duì)位置，產(chǎn)生加工誤差。,

6、四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差,1、基本概念,工藝系統(tǒng)剛度：加工誤差敏感方向上工藝系統(tǒng)所受徑向切削分力與變形量之比,式中 Fp徑向切削分力（ 背向力、吃刀抗力）； y 工藝系統(tǒng)在切削合力作用下的變形。,四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差,2、工件剛度,工件剛度對(duì)加工精度的影響,細(xì)長(zhǎng)軸加工,四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差,3、刀具剛度,刀具剛度對(duì)加工精度的影響,內(nèi)孔加工,四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差,4、機(jī)床部件剛度,（1）機(jī)床部件剛度及其特點(diǎn),非線形關(guān)系，不完全是彈性變形 加載和卸載曲線不重合，所圍面積表示克服摩擦和接觸變形所作的功 存在殘余變形，反復(fù)加載卸載后殘余變形0 機(jī)床部件剛度比按實(shí)體估

7、算值小許多，表明其變形受多種因素影響,四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差,4、機(jī)床部件剛度,（2）影響機(jī)床部件剛度的因素,1）結(jié)合面接觸變形的影響 2）摩擦力的影響 3）低剛度零件的影響 4）間隙的影響,表面粗糙度、宏觀幾何形狀誤差、材料硬度、紋理方向。,四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差,5、工藝系統(tǒng)剛度及其對(duì)加工精度的影響,工藝系統(tǒng)剛度的倒數(shù)等于各組成部分剛度的倒數(shù)之和。,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(dǎo)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：,一般情況下，常見(jiàn)工藝系統(tǒng)的低剛度環(huán)節(jié)如下： 1）對(duì)于車床，k頭架 k尾架 k刀架；車細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，k工件最小。 2）

8、對(duì)于臥式銑床， k升降臺(tái) k工作臺(tái) k主軸 k刀桿。 3）對(duì)于鏜床， k鏜桿最小。 4）對(duì)于內(nèi)圓磨床， k磨桿最小。,工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響,（1）由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差,即,比較式（5-6）,工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響,（1）由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差,【例5-1】 經(jīng)測(cè)試，某車床的k主=300000N/mm，k尾56600N/mm， k刀架30000N/mm，在加工長(zhǎng)度為 l 的剛性軸時(shí)，徑向切削分力 Fp400N，試計(jì)算該軸加工后的圓柱度誤差。,令a = k主/k尾， 則x = l/(1+a)時(shí)，y系最小：,工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響,（1）由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起

9、的誤差,由于工件變形，使工件加工后成鼓形,式中 E 工件材料的彈性模量； I 工件截面的慣性矩。,工件變形：,工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響,（1）由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差,考慮工件變形時(shí)的工藝系統(tǒng)總變形,工藝系統(tǒng)剛度則為,工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響,（2）由于切削力變化引起的誤差,以橢圓車削為例說(shuō)明,誤差復(fù)映可用誤差復(fù)映系數(shù)來(lái)表示：,誤差復(fù)映： 由于工藝系統(tǒng)受力變形量的變化，使毛坯誤差部分地反映到工件上，此種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”,工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響,（2）由于切削力變化引起的誤差,利用誤差復(fù)映系數(shù)可由毛坯誤差估算加工后的工件誤差,機(jī)械加工中，誤差復(fù)映系數(shù)通常小于1，定量地反映

10、了毛坯誤差經(jīng)加工后減小的程度。 可通過(guò)多次走刀，消除誤差復(fù)映的影響。,工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響,（2）由于切削力變化引起的誤差,誤差復(fù)映概念的推廣： 1）每一件毛坯的誤差都會(huì)因切削余量不均勻而復(fù)映 2）工藝系統(tǒng)剛度低的場(chǎng)合，誤差復(fù)映現(xiàn)象較明顯 3）大批量生產(chǎn)中，有必要查明誤差復(fù)映的大小,工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度的影響,（3）由于夾緊變形引起的誤差,a） b） 圖5-21 夾緊力引起的加工誤差,五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差,1、工藝系統(tǒng)的熱源,（1）內(nèi)部熱源 1）切削熱 2）摩擦熱和能量損耗 3）派生熱源 （2）外部熱源 1）環(huán)境溫度 2）輻射熱,刀具、工件變形,某個(gè)關(guān)鍵部位變形,機(jī)床其它部

11、位變形,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%。,五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差,2、工件熱變形對(duì)加工精度的影響,（1）工件均勻受熱（軸類零件處于相對(duì)穩(wěn)定的溫度場(chǎng)中）,5級(jí)絲杠累積誤差全長(zhǎng)5m，可見(jiàn)熱變形的嚴(yán)重性,式中 L，D 長(zhǎng)度和直徑熱變形量； L，D 工件原有長(zhǎng)度和直徑； 工件材料線膨脹系數(shù)； 溫升。,長(zhǎng)度：,直徑：,例：長(zhǎng)400mm絲杠，加工過(guò)程溫升1，熱伸長(zhǎng)量為：,五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差,2、工件熱變形對(duì)加工精度的影響,（2）工件不均勻受熱（板類工件單面加工時(shí)）,式中 f 工件凸起量（變形撓度） ； L，H 工件原有長(zhǎng)度和厚度； 工件材料線

12、膨脹系數(shù)； 上下表面之間的溫差。,結(jié)果：加工時(shí)上表面升溫，工件向上拱起，磨削時(shí)將中凸部分磨平，冷卻后工件上表面下凹。 措施：控制上下表面的溫差。,五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差,3、刀具熱變形對(duì)加工精度的影響,A連續(xù)切削變形曲線 B冷卻變形曲線 C間斷切削變形曲線,五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差,4、機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響,結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熱源分布不均勻，工作條件變化大，機(jī)床各部分的溫升不同，影響加工精度。,不同類型機(jī)床的熱變形,五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差,4、機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響,五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差,4、機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響,六、內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的誤差,1、基本概念,內(nèi)應(yīng)力：沒(méi)有外力作用而存在于零件內(nèi)部的應(yīng)力,2、內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生,（1）熱加工中內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生,（2）冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,六、內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的誤差,3、減小內(nèi)應(yīng)力變形誤差的途徑,（1）改進(jìn)零件結(jié)構(gòu) （2）增設(shè)消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理工序 （3）合理安排