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机械制造工艺与装备课题一机械加工精度模块三机械加工质量知识点机械加工精度概念获得机械加工精度的方法影响机械加工精度的因素机械加工精度的综合分析技能点正确认识产生加工误差的原因掌握提高机械加工精度的方法一.任务引入如图3-1所示为压机导杆加工示意图，零件材料为45号钢，加工后出现弯曲、鼓形、锥度、失圆等，试分析产生原因及提出改进措施。材料：45表面硬度HRC：50图3-1压机导杆二.任务分析零件加工后，必须满足设计图样所规定的加工精度和表面质量要求。机械产品的质量与零件的加工质量和装配质量有着非常密切的关系，它直接影响机械产品的使用性能和寿命。压机导杆是个支撑和导向元件，外圆表面尺寸精度、形状精度和位置精度要求较高。又由于长径比L/d20，属细长轴，细长轴刚性差，在切削力、切削热等作用下易弯曲变形，如加工方法、刀具几何参数等选择不当，很难保证加工精度。本课题主要学习影响机械加工精度的因素和提高机械加工精度的途径。三.相关知识加工质量指标分为：加工精度——宏观几何参数加工表面质量——微观几何参数和表面物理-机械性能等方面的参数机械产品是由若干零件装配而成，因而零件的加工质量是整台机器质量的基础，它直接影响机械产品的使用性能和寿命。零件的机械加工质量包括机械加工精度和加工表面质量两大方面。1、机械加工精度——零件在加工后的几何参数（尺寸、几何形状、表面间的相互位置）的实际值与理论值相符合的程度。所谓理想零件，即对表面形状而言，就是绝对正确的圆柱面、平面、锥面等；对表面位置而言，就是绝对的平行、垂直、同轴和一定的角度等；对尺寸而言，就是零件尺寸的公差带中心。由于机械加工中的种种原因，不可能把零件做得绝对精确，总会产生偏差。这种偏差即加工误差。机械加工精度包括：尺寸精度、形状精度、位置精度。三者之间是存在联系的，通常形状误差应限制在位置公差之内，而位置误差应限制在尺寸公差之内。（一）机械加工精度概念2.获得加工精度的方法(1)获得尺寸精度的方法试切法：通过试切—测量—调整—再试切，反复进行到工件尺寸达到规定要求为止。（动画）调整法：先调整好刀具和工件在机床上的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持这个位置不变，以保证工件被加工尺寸。（动画）定尺寸刀具法：通过刀具的相应尺寸保证加工表面的尺寸精度。自动控制法：将测量、进给装置和控制系统组成一个自动加工系统，通过自动测量和数字控制装置，在达到尺寸精度后自动停止加工。主动测量法：边加工边测量加工尺寸。(2)获得形状精度的方法刀尖轨迹法：通过刀尖运动的轨迹来获得形状精度的方法（动画）仿形法：刀具依照仿形装置进给获得工件形状精度的方法（插图）成形法：利用成形刀具对工件加工获得形状精度的方法（插图）展成法：利用工件和刀具的展成切削运动进行加工的方法（动画）(1)获得位置精度的方法直接找正定位法：用划针或百分表直接在机床上找正工件位置（动画）划线找正定位法：先按零件图在毛坯上划好线，再以所的划线为基准找正它在机床的位置（动画）夹具定位法：在机床上安装好夹具，工件放在夹具中定位机床控制法：利用机床的相对位置精度保证位置精度夹具定位法示例在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和表面间相互位置的形成，取决于工件和刀具在切削运动过程中相互位置的关系，而工件和刀具，又安装在夹具和机床上，受到夹具和机床的约束。由机床、夹具、刀具和工件构成的工艺系统中的误差称为原始误差，就在不同的具体条件下，原始误差以不同的程度和方式反映为加工误差。（二）影响机械加工精度的因素加工原理误差是由于采用近似的加工方法所产生的误差。它包括近似的成形运动、近似的刀刃轮廓或近似的传动关系等不同类型。为了获得规定的加工表面，理论上应采用理想的加工原理以获得精确的零件表面。但实践中，理论的加工原理很难实现，有时即使能够实现，加工效率也很低，甚至使机床或刀具的结构极为复杂，制造困难；有时由于结构环节多，造成机床传动中的误差增加，使机床刚度和制造精度很难保证。采用近似的加工原理以获得符合加工质量、生产率和经济性要求的产品加工过程是实际生产中常用的方法。（1）加工原理误差齿轮加工由于工艺系统中各组成环节的实际几何参数和位置，相对于理想几何参数和位置发生偏离而引起的误差，统称为几何误差。几何误差只与工艺系统各环节的几何要素有关。对于固定调整的工序，该项误差一般为常值。（2）工艺系统的几何误差工艺系统在切削力、夹紧力、重力和惯性力等作用下会产生变形，从而破坏了已调整好的工艺系统各组成部分的相互位置关系，导致加工误差等产生，并影响加工过程的稳定性。（3）工艺系统受力变形引起的误差（动画）在工序调整及加工过程中测量工件时，由于测量方法，量具精度，以及工件和环境温度等因素对测量结果准确性的影响而产生的误差，都统称为测量误差。（4）工艺系统受热变形引起的误差在加工过程中，由于受切削热、摩擦热以及工作场地周围热源的影响，工艺系统的温度会产生复杂的变化。在各种热源的作用下，工艺系统会发生变形，导致改变系统中各组成部分的正确相对位置，使工件与刀具的相对位置和相对运动产生误差。（5）工件内应力引起的加工误差内应力是工件自身的误差因素。工件经过冷热加工后会产生一定的内应力。通常情况下，内应力处于平衡状态，但对具有内应力的工件进行加工时，工件原有的内应力平衡状态被破坏，从而使工件产生变形。（动画）（6）测量误差工艺系统的几何误差主要是机床、刀具和夹具的制造误差、磨损误差以及调整误差。这一类原始误差在刀具与工件发生关系(切削)之前就已客观存在，在加工过程中反映到工件上去。1、工艺系统的几何误差对加工精度的影响高精度的零件要依赖高精度的设备与工艺装备来生产，其中最重要的是机床的精度。机床精度可以分为：①静态精度，机床在非切削状态（无切削力作用）下的精度；②动态精度，机床在切削状态和振动状态下的精度；③热态精度，机床在温度场变化情况下的精度。（1）机床几何误差静态精度：它是由制造、安装和使用中的磨损造成的，其中对加工精度影响较大的是：主轴回转运动误差、导轨直线运动误差和传动链传动误差。①基本概念图3-3主轴回转误差的三种基本形式机床主轴是工件或刀具的安装基准和运动基准，其理想状态是主轴回转轴线的空间位置固定不变。但由于各种误差因素的影响，实际主轴回转轴线在每一瞬时的空间位置都是变化的。所谓主轴回转误差，就是主轴的实际回转轴线相对于平均回转轴线（实际回转轴线的对称中心线）的变动量。1）主轴回转运动误差图3-3主轴回转误差的三种基本形式主轴回转误差对加工精度的影响对于不同类型的机床和不同的加工内容将产生不同性质的加工误差，其影响比较复杂，尤其对于主轴回转误差所表现出来的那种随机性和综合性，很难从理论上定量地加以描述。②主轴回转误差产生的原因主轴回转误差主要有主轴的制造误差、轴承的误差、轴承配合件的误差及配合间隙、主轴系统的径向不等刚度和热变形等。③主轴回转误差对加工精度的影响a、导轨在水平面内的直线度(弯曲)；b、导轨在垂直面内的直线度(弯曲)；c、前后导轨的平行度(扭曲)；d、导轨与主轴回转轴线的平行度。2）机床导轨误差机床导轨副是实现直线运动的主要部件，其制造误差、装配误差以及磨损是影响直线运动的主要因素。①导轨误差的表现形式a、导轨在水平面内弯曲（图3-4）处在误差敏感方向上，其直线度误差将直接反映到工件上去，使刀尖的成形运动不呈直线，从而造成工件加工表面的轴向形状误差。②导轨误差对加工精度的影响机床导轨误差对加工精度的影响应根据不同的机床类型以及制造与磨损所造成的变形情况进行具体分析。下面以外圆磨床及卧式车床为侧进行讨论。图3-4导轨在水平内弯曲b、导轨在垂直面内弯曲（图3-5）这同样使刀具的成形运动不呈直线，但由于是处在误差非敏感方向上，所以，其直线度误差对工件半径的影响极小，可忽略不计。图3-5导轨在垂直平面内弯曲图3-6导轨扭曲引起的加工误差如果前后导轨在垂直方向存在平行度误差(图3-6)，刀具在直线进给运动中将产生摆动，刀尖的成形运动也将变成一条空间曲线，若前后导轨在某一长度上的平行度误差（即高度差）为δ，则对零件加工截面所造成的形状误差（半径误差）可由图示几何关系得到：c、导轨扭曲图3-6导轨扭曲引起的加工误差BHYRBHYR一般卧式车床，外圆磨床。32BH1BH理论上要求车刀刀尖的直线运动轨迹与主轴回转轴线在水平面内和垂直面内都应相互平行，但实际上存在误差：在水平面内不平行：两者处于同一平面，即为相交两直线，这使工件产生锥度；在垂直方向不平行：两者不在同一平面，即为空间交叉两直线。该项误差与导轨在垂直面内的直线度误差上相似的，均处于误差非敏感方向，故对工件的加工精度影响很小。d、导轨与主轴回转轴线的平行度对于某些表面，如螺纹表面、齿形面、蜗轮、螺旋面等的加工，必须保证工件与刀具间有严格的运动关系。传动链的传动误差常常是加工误差的主要来源。机床传动链中构成传动副的各传动元件（如齿轮、蜗轮副及丝杠螺母副等）的制造误差、装配误差以及使用过程中的磨损等，会破坏刀具与工件之间准确的速比关系，从而影响加工表面的精度。3）传动链误差机械加工中常用的刀具有：一般刀具、定尺寸刀具和成形刀具。一般刀具（如普通车刀、单刃镗刀、平面铣刀等）的制造误差对工件精度没有直接影响。定尺寸刀具（如钻头、铰刀、拉刀及槽铣刀等）的尺寸误差直接影响加工工件的尺寸精度。刀具的尺寸磨损、安装不正确、切削刃刃磨不对称等都会影响加工尺寸。成形刀具（如成形车刀、成形铣刀以及齿轮滚刀等）的制造和磨损误差主要影响被加工表面的形状精度。（2）工艺系统其它几何误差1）刀具误差夹具的误差主要包括：①定位元件、刀具引导元件、分度机构、夹具体等的制造误差。②夹具装配后，以上各种元件工作面间的位置误差。③夹具在使用过程中工作表面的磨损。④夹具使用中工件定位基面与定位元件工作表面间的位置误差。这些误差主要与夹具的制造与装配精度有关。所以在夹具的设计制造以及安装时，凡影响零件加工精度的尺寸和形位公差应严格控制。2）夹具误差工艺系统中、工件、刀具在机床上的相对位置精度往往由调整机床、刀具、夹具、工件等来保证。要对工件进行检验测量，再根据测量结果对刀具、夹具、机床进行调整。3）测量误差工件在加工过程中，要用各种量具、量仪等进行检验测量，再根据测量结果对工件进行试切和调整机床。由于量具本身的制造误差，测量时的接触力、温度、目测正确程度等都直接影响加工精度。因此，要正确地选择和使用量具，以保证测量精度。4）调整误差在机械加工中，工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、重力、惯性力以及内应力等内外力作用下都会产生弹性变形，当超过弹性极限时就会产生塑性变形，严重时还会引起系统振动，从而破坏已经调整好的工件与刀具间的相对位置，使工件产生加工误差。工艺系统的受力变形是机械加工精度中一项很重要的原始误差。它不仅严重地影响着工件的加工精度，而且还影响着工件的表面质量，同时也限制了切削用量和生产率的提高。2、工艺系统力效应对加工精度的影响工艺系统抵抗变形的能力越大，工艺系统的变形就越小。我们用刚度表示工艺系统抵抗变形的能力。由于一般只研究工艺系统在误差敏感方向的变形，即在通过刀尖的加工表面的法线方向的变形。因此，工艺系统的刚度(用表示)定义为：（1）工艺系统刚度xtkjgdjjjjcxtkkkkk11111在切削过程中，刀具相对于工件的位置是不断变化的，所以切削力的大小及作用点的位置总是变化的，因而，工艺系统的受力变形也随之变化。1）切削力大小变化引起的加工误差——误差复映规律工件在切削过程中，由于被加工表面的几何误差及材料硬度不均，引起切削力和工艺系统变形的变化，如图3-7所示（2）工艺系统受力变形引起的加工误差图3-7毛坯误差的复映①切削过程中受力点位置变化引起的工件形状误差2）切削力作用点位置变化引起的加工误差图3-8受力点变化引起的变形在工艺系统中，由于零部件的自重也会产生变形。如龙门铣床、龙门刨床刀架横梁的变形，镗床镗杆伸长下垂变形等，都会造成加工表面产生误差，如图3-11所示。（3）工艺