机械制造技术基础第6章

MMT本章要点机械加工误差分析机械加工表面质量第6章机械加工误差及表面质量MMT机械制造技术基础第6章机械加工误差及表面质量Themachiningerrorandsurfacequality6.1机械加工误差分析MechanicalprocessinganderroranalysisMMT6.1.1加工误差的基本概念加工精度：零件加工后实际几何参数（尺寸、形状和表面间的相互关系）与理想几何参数接近程度。符合程度愈高，加工精度愈高。加工误差：零件加工后的实际值与理想值之差称为加工误差。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MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。式中R——球头刀半径；h——允许的残留高度。例2：用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮例1：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件(图2-5)Sh图空间曲面数控加工8SRh（1）加工原理误差1、工艺系统的几何误差MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响机床几何误差机床传动链误差机床导轨导向误差机床主轴回转误差•水平面内直线度•垂直面内直线度•前后导轨平行度•径向圆跳动•轴向窜动•倾角摆动•内联传动链始末两端传动元件间相对运动误差（2）机床误差MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响主轴回转误差是指主轴实际回转线对其理想回转轴线的漂移。主轴回转误差可分解为径向圆跳动、轴向窜动和倾角摆动三种基本型式。b）轴向圆跳动a）径向圆跳动c）倾角摆动图主轴回转误差基本形式径向圆跳动——主轴回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变动量。它主要影响圆柱面的精度。轴向窜动——回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动。它主要影响端面形状和轴向尺寸精度。倾角摆动——回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角度，但其交点位置固定不变的运动。在不同横截面内，轴心运动误差轨迹相似，它影响圆柱面与端面加工精度。主轴回转误差MMT主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴颈圆度误差影响较大，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，受轴承孔误差影响大图主轴采用滑动轴承的径向跳动轴承误差的影响6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT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6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响★使主轴的回转精度不依赖于主轴图外圆磨床上采用固定顶尖磨削外圆柱面图镗模镗孔★提高主轴部件的制造精度。◆提高主轴回转精度的措施★对滚动轴承进行预紧，以消除间隙MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响◎导轨导向精度是指机床导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度，这两者之间的偏差值则称为导向误差。◎包括：导轨在水平面内的直线度导轨在垂直面内的直线度前后导轨平行度（扭曲）机床导轨误差MMTΔYΔyoDΔR水平面导轨水平面内直线度图导轨在水平面内直线度误差1）导轨在水平面内的直线度Δy（以卧式车床为例）Δy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=Δy，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。6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT图导轨在垂直面内直线度误差Δz垂直平面导轨垂直面直线度ΔZdΔRRd/22)在垂直面内的直线度ΔzΔz对工件的尺寸和形状误差影响比Δy小得多对卧式车床ΔR≈Δz2/D若设Δz=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。6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMTHRHB一般车床H/B≈2/3，外圆磨床H≈B，因此该项原始误差△对加工精度的影响很大，不可忽略，当α很小时，该误差不显著。图导轨扭曲引起的加工误差△R3)前后导轨的平行度δ（扭曲）前后导轨不平行时，加工半径误差6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响机床传动链误差在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之间有严格的传动比要求。要满足这一要求，机床内联系传动链的误差必须控制在允许的范围内。（1）机床传动链误差定义指传动链始末两端执行元件间相对运动的误差。（2）机床传动链误差描述传动链末端元件产生的转角误差。它的大小对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨（展成法磨齿）齿轮等加工会影响分度精度，造成加工表面的形状误差，如螺距精度、齿距精度等。MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响（3）减少传动链误差的措施1）尽量缩短传动链。2）提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端零件的精度。3）尽可能采用降速运动，且传动比最小的一级传动件应在最后。4）消除传动链中齿轮副的间隙。5）采用误差校正（补偿）机构。MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响刀具误差一般刀具(如普通车刀、单刃镗刀和平面铣刀等)的制造误差，对加工精度没有直接影响。一般刀具定尺寸刀具成形刀具展成刀具定尺寸刀具(如钻头、铰刀、拉刀等)的尺寸误差直接影响加工工件的尺寸精度。刀具在安装使用中不当将产生跳动，也将影响加工形状精度。成形刀具(如成形车刀、成形铣刀及齿轮刀具等)的制造误差和磨损，主要影响被加工表面的形状精度。展成刀具（如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀等）的切削刃形状必须是加工表面的共轭曲线。因此，切削刃的形状误差会影响加工表面的形状精度。（3）工艺系统其他几何误差MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响L±0.05φ6F7φ10F7k6H7g6YZ图钻径向孔的夹具夹具误差影响加工位置精度。与夹具有关的影响位置误差因素包括：通常要求定位误差和夹具制造误差不大于工件相应公差的1/3。夹具误差1）定位误差和夹紧误差2）制造误差；3）装配后的相对尺寸误差；4）磨损MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响调整误差测量误差。试切时与正式切削时切削厚度不同造成的误差。机床进给机构的位移误差。定程机构误差。样件或样板误差。测量有限试件造成的误差。a）b）图试切法与调整法试切法（图a）调整法（图b）测量误差MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力、传动力等的作用下，会产生相应的变形，从而破坏了刀具和工件之间的正确的相对位置，使工件的加工精度下降。图受力变形对工件精度的影响2、工艺系统受力变形引起的误差MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响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。（1）工艺系统刚度式中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）。yFkPMMT（3）减少工艺系统受力变形的主要措施提高关键零部件刚度合理设计零部件结构和截面形状6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT提高工艺系统中零件间的配合质量以提高接触刚度。给机床部件预加载荷提高工件定位基准面的精度和减小它的表面粗糙度。提高接触刚度采用合理装夹和加工方式图支座零件不同安装方法6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT图车细长轴时，采用中心架和跟刀架采用辅助支承6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引起的加工误差占总误差的约40～70%。工艺系统热源内部热源外部热源切削热摩擦热环境热源辐射热工艺系统热源3、工艺系统的热变形引起的误差温度场——工艺系统各部分温度分布热平衡——单位时间内，系统传入的热量与传出的热量相等，系统各部分温度保持在一相对稳定的数值上温度场与工艺系统热平衡MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著运转时间/h0123450150100200位移/μm20406080温升/℃ΔYΔX前轴承温升图车床受热变形a）车床受热变形形态b）温升与变形曲线机床热变形特点车床热变形（2）机床热变形对加工精度影响MMT◆圆柱类工件热变形而6级丝杠累积误差全长≤0.02mm，可见热变形的严重性式中ΔL，ΔD——长度和直径热变形量；L，D——工件原有长度和直径；α——工件材料线膨胀系数（钢：）；Δt——温升。长度：LLtDDt直径：例：丝杠长2m，加工过程温升约3℃，热伸长量为：1511017.1K工件比较均匀地受热mmmmL07.031017.120005（3）工件热变形对加工精度的影响6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT式中ΔX——变形挠度；L，S——工件原有长度和厚度；α——工件材料线膨胀系数；Δt——温升。28LtXS◆板类工件单面加工时的热变形图平面加工热变形φ/4φLS221.120003886000.022()LtXSmm此值已大于精密导轨平直度要求结果：加工时上表面升温，工件向上拱起，磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。例：高600mm，长2000mm的床身，若上表面温升为3℃，则变形量为：工件不均匀受热6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响体积小，热容量小，达到热平衡时间较短温升高，变形不容忽视（达0.03～0.05mm）◆特点τ(min)图车刀热变形曲线连续切削升温曲线冷却曲线间断切削升温曲线ξ（μm）ξmaxτb0τc0.63ξmax（4）刀具热变形对加工精度的影响MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响（5）减小工艺系统热变形的途径例：立式平面磨床立柱前壁温度高，产生后倾。解决：采用热空气加热立柱后壁。图均衡立柱前后壁温度场减少切削热和磨削热，粗、精加工分开。隔离热源。充分冷却和强制冷却。减少热源发热和隔离热源均衡温度场MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响图支承距影响热变形L1L2热对称结构合理选择装配基准高速空运转人为加热采用合理结构加速达到热平衡MMT6.1.2加工误差产生的原因及对加工质量的影响图铸件残余应力引起变形图冷校直引起的残余应力压拉加载压压拉拉卸载增加消除内应力的热处理工序合理安排工艺过程改善零件结构内应力产生的原因毛坯制造和热处理产生的残余应力减小内应力措施冷校直带来的残余应力切削加工带来的残余应力4、工件内应力所引起的加工误差ABCMMT图反拉法切削细长轴a)正向进给b)反向进给1.减少误差法6.1.3减少加工误差的措施MMT图丝杠加工误差补偿装置1—工件2—螺母3—母丝杠4—杠杆5—校正尺6—触头7—校正曲线附加位移螺母附加转动2.误差补偿法6.1.3减少加工误差的措施MMT4.误差转移法a）b）图转塔车床刀架转位误差的转移1.如镗孔时镗杆与主轴采用浮动连接，使用镗模将机床误差转移到新装置上加以控制；2.转塔刀架的转位误差转移到误差不敏感方向6.1.3减少加工误差的措施MMT5.就地加工法（自干自）机床零件装到工作位置上再精加工，消除误差影响。如牛头刨、龙门刨工作台面装配在自身机床上进行“自刨自”精加工，以保证对滑枕、横梁的平行度；平面磨床工作台面在装配后作“自磨自”精加工；在机床上修正卡盘平面的平直度，卡爪的同轴度a）b）图转塔车床6.1.3减少加工误差的措施MMT误差复映，引起本工序误差；定位误差扩大，引起本工序误差。解决这个问题，最好是采用分组调整均分误差的办法。这种办法的实质就是