制造工程基础-第7章机械加工精度

第七章：机械加工精度

7.1加工精度的概念

一、机械加工精度的含义及内容

加工精度：零件加工后尺寸、形状及以及各表面相互位置等参数的实际值与理想值相符合的程度。

加工误差：上述实际值与理想值之间的偏离程度。

加工精度在数值上通过加工误差的大小来表示，精度和误差是同一问题的两种不同的说法，两者的概念是相互关连的。

加工精度包括：

尺寸精度实际尺寸与设计尺寸间的符合程度，如长度、直径精度等。

形状精度加工表面实际形状与理想形状的符合程度，如平面度、直线度、圆柱度等。

位置精度加工表面与其基准间的实际位置与理想位置的符合程度。如平行度、垂直度、同轴度、位置度等。

二、机械加工误差分类

1. 系统误差与随机误差

系统误差：大小和方向均已掌握的误差。

它可以用代数和来进行综合。系统误差又可以分为常值系统误差和变值系统误差。常值系统误差的数值是不变的。变值系统误差是误差的大小和方向按一定规律变化，可按线性变化，也可按非线性变化。

随机误差：没掌握规律的误差。

有可能是掌握了误差的大小但不掌握其方向或掌握了误差的方向而不掌握大小。它不能用代数和来进行综合，只能用数理统计方法来处理。

系统误差与随机误差之间的分界线不是固定不变的，随着科学技术的不断向前发展，人们对误差规律的逐渐掌握，随机误差不断向系统误差转移。

2. 静态误差与切削状态误差

静态误差：工艺系统在不切削状态下仍存在的误差。

例如机床的几何精度和传动精度等。

切削状态误差：仅在切削状态下所出现的误差。

如机床在切削时的受力变形和受热变形等。

7.2 工艺过程的精度保证

1. 试切法

操作工人在每一步或走刀前进行对刀，然后切出一小段测量其尺寸是否合适，如不合适，调整刀具再试切出一小段，直到达到尺寸要求后才加工这一尺寸的全部表面（图6－1）。

2. 调整法

先按规定尺寸调整好机床、夹具、刀具和工件的相对位置及进给行程，从而保证在加工时自动获得尺寸。调整法可以分主静调整法和动调整法两类：

1）静调整法：在不切削的情况下，用对刀块或样件来调整刀具的位置。又称样件法（图6-2、6-3）

2）动调整法：直接测量试切零件的尺寸，可以试切一件或一组零件，所有试切零件合格，即调整完毕，可以进行加工。动调整法又称尺寸调整法，

3. 尺寸刀具法

用定尺寸的刀具来加工，获得精度。

如钻头、镗刀块、拉刀及铰刀等。有些孔加工刀具可以获得非常高的精度，生产率也非常高。由

于刀具有磨损，磨损后尺寸就不能保证，因此成本较高，多用于大批大量生产中。用成形刀具加工也属于这一类

4. 主动测量法

加工中，实时测量加工尺寸，达到要求时就立即停止加工，

图6-4表示了在外圆磨床上进行主动测量的情况。

7.3加工误差产生的原因及提高精度的措施

影响加工精度的主要因素有：机床受力变形、工件受力变形、机床导轨磨损、刀具的尺寸磨损和刀具的受热变形等，另外还有度量误差和对刀误差（调整误差）。

一、加工误差产生的原因

（一）原理误差

由于采用了近似的加工运动或者近似的刀具轮廓而产生的误差。

如在用滚刀切削渐开线齿轮、渐开线花键轴时，是利用展成法原理，滚刀切出的齿形是由各个刀齿轨迹的包络线所形成的，是一条近似的折线，如图6-5。

（二）工艺系统精度和磨损的影响

工艺系统中机床、刀具、夹具本身的制造精度及磨损对工件的加工精度有不同程度的影响。

1. 机床精度的影响

1）导轨误差

导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动的基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。

导轨在垂直平面内的弯曲对加工精度的影响就不大一样，小到可以忽略不计的程度。如图6-6a 表示由于导轨在垂直面内位移量为δz ，引起工件上的半径误差δR 。

222()()R R z R δδ+=+

忽略高阶小项，得：

()2

2z R R

δδ= 即工件上的直径误差为：

()2

z D R

δδ= 图6-6 b 表示在水平面内的弯曲使刀尖在水平面内位移δy ，引起工件上的误差δR ′。因 δR ′＝ δy ，

所以在工件直径上的加工误差将为

δD ＝2 δy 。

假设δy= δz=0.1mm ，D=40mm ，则

可见δR ′比δR 大400倍。这就是说，在垂直面导轨的弯曲对加工精度很小，可以忽略不计；而在水平面内同样大小的导轨弯曲就不能忽视。

2）主轴误差

在运转的情况下主轴轴心线和定位端面位置的稳定性。

主轴的回转精度不但和轴部件的制造精度（包括加工精度和装配精度）有关，而且还和受力后主轴的变形有关，并且随着主轴转速的增加，还需要解决主轴轴承的散热问题。

在主轴部件中，由于存在着主轴轴颈的圆度误差、同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴的挠度和支承端面对轴颈轴心线的垂直度误差等原因，主轴在每一瞬时回转轴心线空间位置都是变动的。

主轴的误差的四种基本形式：纯径向跳动、纯角度摆动、纯轴向窜动和轴心漂移（图6－7）。

实例：镗孔径向跳动的影响：镗轴旋转，工件不转（图6－8）。

20.10.00025400.1400R mm R mm R

δδδ=='==

设由于主轴纯径向跳动而使主轴轴心线在y 坐标方向上作简谐直线运动，其频率与主轴每秒钟的转数相同，振幅为A ；再设主轴中心偏移最大（等于A ）时，镗刀尖正好通过水平位置1.则当镗刀再转过一个ϕ角时（位置1’），刀尖轨迹的水平分量和垂直分量各为：

上式是个椭圆方程式即镗出的孔成椭圆形。

主轴的纯轴向窜动对于孔加工和外圆加工并没影响，但在加工端面时，造成端面与内外圆不垂直，主轴每转一周，就要沿轴向跳动一次，向前窜动的半周中形成了右螺旋面，向后窜动的半周中形成了左螺旋面（如图6-10），最后切出了如同端面凸轮一般的形状，而在端面中心附近出现一个凸台。在这种情况下车削螺纹，也必然会产生单个螺距内的周期误差。

2222cos cos ()cos sin 1()y A R A R z R y z R A R

ϕϕϕϕ=+=+=+=+