机械制造工艺学_第四章

• 调整法：通过预先调整好机床、夹具、工件和刀具的相对位置获 得所需尺寸。 • 定程机构误差 • 样件或样板误差 • 测量有限试件造成的误差 • 和试切法有关的误差
4.2 工艺系统的几何误差对加工精度的影响
三 机床误差
• 导轨导向误差：导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏 差。 • 包括： • 水平面的直线度 • 垂直面内的直线度 • 前后导轨平行度（扭曲） • 导轨与主轴回转轴线平行度（或垂直度） • 导轨导向误差对加工精度的影响 • 主要考虑导轨误差引起刀具与工件在误差敏感方向的 相对位移
• 工艺系统刚度计算说明 • 工件、刀具形状简单时，其刚度可用材料力学公式计算。 • 对机床部件、夹具等，其刚度多采用实验方法确定。 • 计算时可适当简化（忽略变形小的部分）。
4.2 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
三 工艺系统刚度对加工精度的影响
• 切削力作用点位置变化引起工件形状误差 • 机床变形引起的加工误差
• 机床变形和工件变形共同引起的加工误差
• 工艺系统刚度
• 根据上式，测得车床前顶尖、尾顶尖、刀架三个部件的刚 度，以及确定了工件的材料和尺寸，就可按x值，估算车削 圆轴时工艺系统的刚度及不同处工件半径的变化。 • 立式车床、龙门刨床、龙门铣床等的横梁及刀架，大型镗 铣床滑枕内的主轴等，其刚度均随刀架位置或滑枕伸出长 度不同而异可参照上例方法分析进行。
4.0 机械加工精度及其控制
• 机械加工精度是机械制造工艺学研究的重要内容。本章在介绍机械加 工精度概念的基础上，重点讨论影响机械加工精度的误差因素及其控 制方法，并对加工误差的统计方法进行说明。 • 学习本章内容，应学习和掌握综合运用力学、物理学、工程材料、统 计学等基础科学知识分析加工误差产生的物理原因，从而找出控制加 工误差的方法。同时还应学习和掌握运用统计学方法对加工误差进行 统计分析，以从加工误差的统计特征，确定出加工误差的变化规律及 可能采取的控制方法。 • 在影响机械加工精度的诸多误差因素中，机床的几何误差、工艺系统 的受力变形和受热变形占有突出的位置，学习者应理解这些误差因素 是如何影响加工误差的。 • 学习本章内容，应特别注意理论联系实际，特别注意综合运用所学过 的知识分析和解决实际问题。
4.2 工艺系统的几何误差对加工精度的影响
三 机床误差
• 主轴的回转误差：主轴实际回转轴线对其理想回转轴线的漂移。 理想状态下，主轴在回转时，其空间位置应固定不变。实际情况 下，主轴瞬时回转轴线的空间位置会发生周期性变化。 • 可分成三类基本形式 • 径向圆跳动 • 轴向圆跳动 • 倾角摆动
4.2 工艺系统的几何误差对加工精度的影响
• 以上分析可知，工件毛坯有形状误差或相互位置误差 时，加工后仍然会有同类的加工误差出现。在成批大 量生产中用调整法加工一批工件时，如毛坯尺寸大小 不一或硬度不均匀，同样会有类似情况发生。
• 以上分析仅考虑静刚度，实际上加工过程受多种因素 影响，例如毛坯的椭圆形及相应切深变化，使均值切 削力叠加有频率为2倍于工件转速的简谐激振力，并使 系统产生强迫振动。因而实际结果会与上述分析不同。
这个关系是由工件到刀具之间 的内传动链来实现的，其精度 也由传动链的精度来保证。
4.2 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
一 基本概念
• 工艺系统刚度定义：工件加工表面在切削力法向分力Fp的作用下， 刀具相对工件在该方向上位移 y 的比值
k
Fp y
式中
k—— 工艺系统刚度； Fp—— 吃刀抗力； y—— 工艺系统位移（切削合力作用下的位移）。
• 工件变形引起的加工误差
式中yg —— 工件变形； E —— 工件材料弹性模量； I —— 工件截面惯性矩； Fp，L，x —— 含义同前。
机床受力变形引起的 加工误差
• 由于工件变形，使工件加工 后成鼓形。
工件受力变形引起的 加工误差
4.2 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
三 工艺系统刚度对加工精度的影响
4.2 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
二 工艺系统刚度的计算
• 工艺系统刚度的计算：工艺系统受力变形等于工艺系统各组成部 分受力变形之叠加。由此可导出工艺系统刚度与各组成部分刚度 之间的关系
1 k

1
k jc

1
k jj

1
kd

1
kg
式中
k —— 工艺系统刚度； kjc —— 机床刚度； kjj —— 夹具刚度； kd —— 刀具刚度； kg —— 工件刚度。
4.2 工艺系统的几何误差对加工精度的影响
三 机床误差
• 水平面的直线度 例：车床导轨在水平面内直线度引起的误差。 水平方向是切削外圆的误差敏感方向，误差∆R= ∆1，对加工 精度影响最大。 刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。
4.2 工艺系统的几何误差对加工精度的影响
三 机床误差
• 垂直面内的直线度 例：龙门刨床导轨在垂直面内直线度引起的误差。 垂直方向是龙门刨床刨平面的误差敏感方向，误差∆R= ∆Y，对 加工精度影响最大。
三 机床误差
• 回转误差对加工精度的影响 • 轴向窜动 对于外圆加工或孔加工，纯轴向窜动没有影响 对于端面加工，会造成加工端面与圆柱面不垂直（如主轴 回转一周，端面跳动一次，加工出的端面近似螺旋面）。
a）工件端面与轴线不垂直
b）螺距周期误差
主轴端面跳动对加工精度的影响
4.2 工艺系统的几何误差对加工精度的影响
• 径向跳动 车外圆时，考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐直线 运动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖运动轨迹接近于 正圆。
• 倾角摆动 与主轴径向跳动类似，不仅影响圆度误差，而且影响圆柱度误差。
4.2 工艺系统的几何误差对加工精度的影响
三 机床误差
• 影响主轴回转精度的主要因素 • 轴承误差的影响（滑动轴承） • 切削外圆时，在切削力F的方向保持不变，轴颈和 轴承内径的某一固定部位相接触，此时，轴颈的圆 度误差对主轴回转精度影响较大。 • 镗孔时，切削力F随着主轴回转而回轩，轴颈的某 一固定部位与轴承内径接触，此时，轴承内表面的 圆度误差对主轴回转精度影响较大。
4.2 工艺系统的几何误差对加工精度的影响
三 机床误差
• 前后导轨平行度（扭曲） 卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平等度误差时，刀具和工 件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨迹是一条空间曲线，使 工件产生形状误差。 ∆R ≈ δ H/B
H——机床主轴中心高 B——前后导轨宽度 δ ——扭曲量 一般车床H/B=2/3 外圆磨床H/B≈1 误差对加工精度的影响很大
三 机床误差
• 轴向跳动 对于外圆加工或孔加工，纯轴向窜动没有影响 对于端面加工，会造成加工端面与圆柱面不垂直（如主轴 回转一周，端面跳动一次，加工出的端面近似螺旋面）。 对于螺纹加工，使螺距产生周期误差。
a）工件端面与轴线不垂直
b）螺距周期误差
主轴端面跳动对加工精度的影响
4.2 工艺系统的几何误差对加工精度的影响
4.2 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
三 工艺系统刚度对加工精度的影响
• 切削力大小变化引起的加工误差 • 以椭圆截面车削为例说明
4.2 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
三 工艺系统刚度对加工精度的影响
• 切削力大小变化引起的加工误差 • 以椭圆截面车削为例说明 1 g y1 y2 Fp1 Fp2 Cap1 ap2 m k k 式中 Δ g —— 工件圆度误差； Δ m—— 毛坯圆度误差； k —— 工艺系统刚度； ε —— 误差复映系数。
• 误差复映：由于工艺系统受力变形的变化，使毛坯误差部 分地反映到工件上，此种现象称为误差复映。 • 复映现象产生的误差，可以通过增加走刀次数加以消除。
4.2 工艺系统的受力变形对加工精度的影响
三 工艺系统刚度对加工精度的影响
• 切削力大小变化引起的加工误差 • 误差复映：由于工艺系统受力变形的变化，使毛坯误 差部分地反映到工件上，此种现象称为误差复映。 • 机械加工中，误差复映系数通常小于1。复映现象产生 的误差，可以通过增加走刀次数加以消除。
4.2 工艺系统的几何误差对加工精度的影响
一 加工原理误差
加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的切削刃轮廓进 行加工而产生的误差。
4.2 工艺系统的几何误差对加工精度的影响
二 调整误差
•
试切法： 通过试切—测量尺寸—调整刀具的吃刀量—走刀切 削—再试切，如此反复直至达到所需 尺寸。 • 测量误差 • 试切时与正式切削时切削厚度不同造成的误差 • 机床进给机构位移误差（爬行）
4.1 概述
二 影响机械加工精度的误差及分类
• 原始误差：引起加工误差的根本原因是工艺系统存在着误差，将 工艺系统的误差称为原始误差。 • 原始误差分类
原理误差 定位误差 调整误差 刀具误差 夹具误差
与工艺系统初始状 态有关的原始误差 (几何误差)
工件相对于刀具在静止状态 下的误差
原始 误差
与工艺过程有关的 原始误差(动误差)
4.1 概述
一 机械加工精度
• 加工精度：零件加工后实际几何参数与理想几何参数（尺寸、形 状和表面间的相互位置）符合程度。 • 加工误差：零件的实际几何参数与理想几何参数的偏差。 • 加工精度内容： 尺寸精度
形状精度 位置精度 • 尺寸精度、形状精度和位置精度三者之间关系：通常形状公差限 制在位置公差内，而位置公差一般限制在尺寸公差之内。当尺寸 精度要求高时，相应的位置精度和形状精度也要求高。但形状精 度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度不一定要求高，这要根 据零件的功能要求来决定。
三 机床误差
• 径向跳动 镗孔时，考虑最简单的情况，主轴回转中心在X方向上作简谐直线运 动，其频率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖的坐标值为