机械加工质量分析与控制[1]

•（3）刀具的几何误差
• 包括刀具切削部、装夹部的制造误差及刀具安装误差
•① 定尺寸刀具 刀具尺寸精度直接影响工件尺寸精度 •② 成形刀具 刀具形状精度直接影响工件形状精度 •③ 展成刀具 刀刃形状精度会影响工件加工精度 •④ 一般刀具 制造精度对工件加工精度无直接影响
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机械加工质量分析与控制[1]
3 y机械加工质量分析与控制[1]
•② 切削力大小变化对加工精度的影响
•Δ毛 = ap1 – ap2 •Δ工 = y1 – y2 •误差复映系数ε=Δ工 /Δ毛 • Fy=Cy f yapxHBSn • =C apx ≈C ap • Fy1= C (ap1 – y1 )≈ C ap1 • Fy2= C (ap2 – y2 )≈ C ap2
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•纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔 •时，若工件进给会使镗出的孔为椭圆形。
•提高主轴及支承座孔的加工精度，选用高精度轴承，提高 •主轴部件装配精度、预紧和平衡等，提高主轴回转精度。
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•2）机床导轨误差
• 2）工艺系统受力变形对加工精度的影响 • ①切削力位置的变化对加工精度的影响
• 设刀具工件刚度很大 总变形 y系= y刀架+ yx
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•设刀具工件刚度很大 总变形 y系= y刀架+ yx
• y主=FA/k主=Fy(l-x) /(l k主)，y尾=FB /k尾=Fyx /(l k尾)
•（2）零件刚度
• 若零件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，其变形
• 对加工精度影响比较大，最大变形量按材料力学公式估算 。
•长轴两顶尖装夹按简支梁计算，三爪卡盘装夹按悬臂梁计算
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•（3）刀具刚度
• 外圆刀具在加工表面法线方向上的刚度很大变形可忽略； • 镗小孔刀杆刚度很差，变形对加工精度影响很大，刀杆变 • 形按材料力学公式估算。
•2. 一次走刀中若 y系为常量，不会造成工件形状
• 误差和尺寸不一
•3.若工件刚性大l/D≤5，可不考虑 y工， y系是 x
• 的二次函数
• 圆柱度误差 Δ= ymax- ymin
•4. 若工件为细长轴刚性很差，系统变形主要是 工
y •
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件变形，当 x=l/2时，
=F l /(48EI) 工max
•（4）机床部件刚度
•机床部件刚度
• 机床结构形状复杂，刚度计算主要通过实验方法来测定 。
• 变形与载荷不成线性关系； 加载与卸载曲线不重合； • 有残余变形存在；实际刚度比估算的小
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机械加工质量分析与控制[1]
Hale Waihona Puke Baidu
•（5）工艺系统受力变形及其对加工精度的影响 • 1）工艺系统的变形
•
总变形 y系 = y机+ y夹+ y刀+ y工
• 1）试切法
用于单件小批生产
• 2）调整法
用于成批大量生产
• 3）定尺寸刀具法
生产率高，刀具制造复杂
• 4）自动控制法
切削测量补偿调整
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•（2）获得形状精度的方法
• 1）轨迹法
利用刀尖运动轨迹形成工件表面形状
• 2）成形刀具法 由刀刃的形状形成工件表面形状
• k系= Fy / y系，k机= Fy / y机 ， k夹= Fy / y夹 ，
•
k刀= Fy / y刀 ， k工= Fy / y工
• 所以， k系= 1/(1/ k机+ 1/ k夹+ 1/ k刀+ 1/ k工)
• 工艺系统刚度比刚度最小环节的刚度还要差
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•圆度误差影响较大，轴承内径圆度误差没影响
•镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变化轴承孔误差影响大
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•滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂
•除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主轴轴 •颈、支承座孔等精度
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• 3）展成法
由切削刃包络面形成工件表面形状
•（3）获得相互位置精度的方法
• 主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证
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•二、影响加工精度的因素
•1. 原始误差
零件加工的误差是由于工件与刀具在切削过程
中相互位置发生变动而造成。工件和刀具安装 在
夹具和机床上，工件、刀具、夹具、机床构成 了
•若传动齿轮 i 在某一时刻产生转角误差为Δφi，则它所
•造成传动链末端元件的转角误差：Δφwi =Ki Δφi
• Ki 为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数， •若Ki大于1则误差被扩大；反之，若Ki小于1误差被缩小。 •各传动件对工件精度影响的总和为：
•
Δφ∑= ∑Δφwi= ∑Ki Δφi
•导轨精度要求主要有以下三方面：
• ① 在水平面内的直线度（以卧式车床为例）
•Δ1将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向）
•上，误差ΔR =Δ1 ，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。
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•② 在垂直面内的直线度 • Δ２对工件的尺寸和形状误差影响比Δ1小得多
5. 3. C减小， ε就越小，应采取减小Fy的措施
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•③ 夹紧变形对加工精度的影响
•工件刚性差（薄件、圆环）装夹不当会产生受力变 形
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•④机床部件、工件重量对加工精度的影响
•⑤其它作用力对加工精度的影响 • 传动力（拨杆）、离心力改变方向会使工艺系 • 统产生相应变形
• 一次调整后存在的误差对这一批零件的影响是不变的。 • 但大批量加工中存在多次调 • 整，不可能每次完全相同。 • 对全部零件来说，每次调整 • 误差为偶然性误差。机床调 • 整误差可理解为零件尺寸分 • 布曲线中心的最大偏移量。
•加工中不产生废品的
•条件：Δfb+Δt≤T
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•减少传动链误差的措施：
•① 尽可能缩短传动链，减少传动元件数目； •② 尽量采用降速传动，误差被缩小； •③ 提高传动元件、特别是末端元件的制造和 • 装配精度； •④ 消除传动间隙； •⑤采用误差补偿机构或自动补偿装置。
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•（1）工艺系统的热源 • 1）内部热源 • 包括切削热、摩擦热和派生热源
•对卧式车床ΔR ≈Δ22/D 若设Δ2= 0.1mm,D=40mm，则
•ΔR =0.00025mm，影响可忽略不计。 而对平面磨床、龙
•门刨床误差将直接反映在工件上。
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•导轨在垂直面内的直线度的特殊情况为斜坡状， •加工的工件轴向形状为鞍形。
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一个完整的工艺系统。工艺系统的种种误差， 是
造成零件加工误差的根源，故称之为原始误差
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•
原 始 误 差
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•加工前误 差
•加工中误 差
•加工后误 差
•加工原理误 •差调整误差 •机床误差 •夹具误差 •工件装夹误差 •刀具制造误差
•工艺系统受力变 •形工艺系统热变形 •刀具磨损
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• Δ工 = y1 – y2=(Fy1- Fy2)/k系 = (C ap1 – C ap2) /k系 •ε=Δ工 /Δ毛= C(ap1 –ap2) /(k系(ap1 – ap2))= C /k系
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•讨论：
1. ε=Δ工 /Δ毛= C /k系 2. ε总是小于1，有修正误差的能力 3. 多次进给ε=ε1ε2ε3… 4. 2. k系越大，ε就越小，复映到工件上的误差越小
•3.工艺系统的受力变形
•（1）基本概念
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•（1）工艺系统刚度
•工艺系统抵抗变形的能力可用工艺系统刚度 k系来描述。 •垂直作用于工件加工表面的径向切削分力Fy与工艺系统
在
•该方向上的变形y之间的比值，称为工艺系统刚度 k系
•
k系= Fy / y
• 柔度 w= 1/ k
•残余应力引起变形 •测量误差
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•２.工艺系统的几何误差
•（1）加工原理误差
• 近似的成形运动或刃形所产生的误差，多为形状误差
•（2）机床的误差
• 1）主轴回转误差
• ① 主轴回转误差概念 • 主轴回转时实际回转轴线与理想回转轴线的偏移量
• 三种基本形式： • a. 纯径向跳动 b.轴向窜动 c.纯角度摆动
•（4）夹具的几何误差
• 包括夹具制造误差、安装误差及磨损 • 对工件尺寸精度和位置精度影响很大
•（5）定位误差
• 包括基准不重合误差、定位副制造不准确误 差
• 直接影响工件的尺寸精度和位置精度
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•（6）调整误差
• 在工序的调整工作中所存在的误差即调整误差
•除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也 •是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降 •的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴 •塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火等措施。
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•３）机床传动链误差
• 指机床内传动链始末两端的传动元件间相对运动的误差， • 一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。产生的原因 • 是传动链中各传动元件的制造误差、装配误差及磨损等。
•产生轴向窜动主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面 •对主轴回转轴线有垂直度误差。
•主轴不同形式的回转误差引起的加工误差不同
• 车床上加工外圆内孔时，主轴径向跳动引起工件圆度和 •圆柱度误差，对工件端面无影响；
• 轴向窜动对圆柱表面影响不大，对端面垂直度平面度影 •响大，车削螺纹时会造成导程的周期性误差； • 纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差； 在镗 孔 •时，会镗出的孔为椭圆形。
•1 •k刀
•+
•1 •k主+
k
•若工件刚性较差应考虑其变形，按简支架梁计算 尾
•F •(l-
• y工=•y3E x)2x•l2
y系= y刀架+yx+y工
I
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机械加工质量分析与控制[1]
•讨论：
•1. 在 x 处工件半径 Rx=R+ y刀架+yx+y工 • 半径误差ΔR= Rx-R= y刀架+yx+y工= y系
机械加工质量分析与控 制
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2020/11/18
机械加工质量分析与控制[1]
•常用加工误差的大小来评价加工精度的高低 •加工误差越小，加工精度越高
➢ 零件的加工精度包括 • 尺寸精度、形状精度、位置精度 • 通常尺寸精度要求高,形位精度要求也越高
➢ 获得加工精度的方法
• （1）获得尺寸精度的方法
•
•
•l •y尾- y
•=
•x •yx- y主
主
y系= y刀架+ yx=Fy
•1 •k刀
•yx
=
•y
主
•lx•l
•+ •y
尾
•+
•1 •k主
•lx•l
•2•+••k1
•x •l
•x •2 •l
• 当x = 0时， y系= ？;架当 x = l 时， y系= ？尾
•
当 x = k尾l /(k主+ k尾)时，y系min= Fy
•3）减少工艺系统受力变形的途径 • ① 减小切削力及其变化； • ② 提高系统中零件的配合质量； ③ 缩短切削力作用点和支撑点的距离，设置辅 ④ 助支承提高部件刚度
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•4.工艺系统的热变形
•工艺系统在各种热源的影响下会产生很复杂的变形， •导致工件产生加工误差
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•③ 前后导轨的平行度（扭曲）
• 卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时， •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。
• 若扭曲误差为Δ3,工件误差ΔR≈(H/B)Δ3 ，一般车床
•H/B≈2/3，外圆磨床H/B≈1，误差对加工精度影响很大
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机械加工质量分析与控制[1]
•② 影响主轴回转精度的主要因素
• 轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴度误差，各段
轴
• 颈、轴孔的同轴度误差主轴系统的刚度和热变形等。
• 但它们对主轴回转精度的影响大小随加工方式而不同
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机械加工质量分析与控制[1]
•主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴 颈