典型表面常见的加工误差分析

教师班级及授课日期授课时数5基本课题模块三任务二典型表面常见的加工误差分析教学目的掌握外力引起的加工误差掌握内应力引起的加工误差掌握误差复映规律的定义掌握加工误差的分析方法教具及挂图重点及难点掌握加工误差的分析方法教学方法讲授教学环节教学内容一、组织教学二、复习提问1、机械加工精度的定义及内容？2、获得尺寸精度的方法？3、获得形状精度的方法？4、影响加工精度的因素，原始误差的分类？三、讲授新课任务导入：由于机械加工过程中工件受到外力、内力、工艺装备、环境因素以及人为因素等影响，不可避免出现加工误差。加工误差最终反映在零件的已加工表面上，如果这种加工误差超出了零件的技术要求，就会出现废品。零件加工过程中一旦出现质量问题，必须分析原因，提出改进措施。中国做为制造中心，如果出现质量问题，很多情况下都会是批量质量事故。研发系统普遍采用项目管理制，项目费的高低与项目质量问题、进度等息息相关。汽车召回(RECALL)，就是投放市场的汽车，发现由于设计或制造方面的原因存在缺陷，不符合有关的法规、标准，有可能导致安全及环保问题，厂家必须及时向国家有关部门报告该产品存在问题、造成问题的原因、改善措施等，提出召回申请，经批准后对在用车辆进行改造，以消除事故隐患。目前实行汽车召回制度的国家有美国、日本、加拿大、英国、澳大利亚等。如一汽-大众汽车有限公司、大众进口汽车销售有限公司从2009年10月7日起，召回部分装备6速DSG双离合自动变速箱的09款国产迈腾、进口奥迪TT、进口大众EOS、CC、R36、R36Variant及GTI轿车，涉及车辆数量总计2760辆。本次召回涉及部分装备DSG变速箱的车辆，由于油液温度传感器可能向控制单元发送错误的温度信号，有可能导致控制单元启动变速箱保护模式，暂时中断动力输出。故障发生时，仪表板上的档位指示灯会闪烁，同时刹车踏板指示灯亮起。一汽-大众、大众进口将对召回范围内的车辆进行免费维修，更新变速箱控制单元程序。吉利控股集团浙江豪情汽车制造有限公司自2009年9月20日起，召回2008年12月25日至2009年2月14日期间生产的部分远景JL7180型汽车，涉及车辆总计2175辆。本次召回范围内的车辆，由于动力转向器进出油管总成中回油管连接处扣铆工艺原因，造成部分回油管扣铆深度过大，导致软管损坏而产生漏油，进而导致转向助力不足，方向操作困难，影响驾驶安全。吉利汽车将为用户免费更换动力转向器进出油管总成。本任务主要针对典型表面常见的加工误差进行分析，研究如何减小加工误差，提高零件的加工质量。任务实施：一、机械加工误差：加工精度和加工误差是从不同角度来评定零件加工后的几何参数准确程度，加工精度的高与低是用加工误差的大小来判定的。加工误差越小，加工精度就越高；反之越低。加工误差是指加工后零件的实际几何参数（尺寸、形状和表面的相互位置）对理想几何参数的偏离程度。在实际加工过程中是无法消除加工误差的，也没有必要把每个零件加工得绝对精确。在满足零件使用性能的前提下，可以允许零件有一定的加工误差，这种误差的大小是由设计人员根据零件的使用要求给出一个合理的范围，即公差，一般用经济精度来衡量。经济精度是指在正常的条件下能实现的精度。机械加工工人根据零件的设计要求，利用现有的生产条件，采取适当的工艺方法将零件加工出来，质量检验人员根据零件的图样要求进行检验。二、外圆表面常见的加工误差与控制：1、腰鼓形圆柱度误差：1）基本形式两端小中间大2）形成原因主要发生在细长轴加工中，加工细长轴时，机床的刚度相对大，变形可忽略不计，而工件的刚度小，变形主要发生在工件。在外力的综合作用下，工件的加工误差主要是由于加工过程中工件弯曲造成的。造成工件弯曲的主要因素有三个方面，一方面是背向力Fp将工件顶弯，另一方面是轴向切削力压迫工件，造成压杆不稳定弯曲，第三方面是由切削热引起工件的热伸长，当尾座使用刚性顶尖时便会约束工件的伸长，使工件干涉弯曲。在三方面因素的共同作用下，工件因弹性变形而出现弯曲“让刀”现象，在工件的全长上切削时，背吃刀量由大到小，再由小到大，最终使工件产生腰鼓形圆柱度误差。3）改进措施A增加工件的刚度采用跟刀架，增加工件的刚度，可以有效减小工件的弹性变形；B增大主偏角背向力Fp是造成工件变形的主要原因，Fp=Fccosκr增大主偏角可以减小Fp，从而减小工件变形；（刀具相关内容：主偏角、副偏角、前角、后角等）C避免出现工件轴向约束采用弹性顶尖，保证工件受热伸长时有一定的空间；D采用反向进给变轴向压力为轴向拉力进给方向由卡盘指向位置，轴向力对工件的作用是拉伸而不是压缩，同时，尾座应用弹性回转顶尖，既可消除轴向切削力把工件从切削点到尾座顶尖间的压弯问题，又可消除热伸长而引起的弯曲变形。2、马鞍形圆柱度误差：1）基本形式两端大中间小2）形成原因有以下三个方面A加工细长轴时，当主偏角κr在0~90°时，背向力Fp向外，使细长轴向外产生弯曲变形，以至产生向外“让刀”现象。如果κr在90~180°范围，则背向力Fp向内，使细长轴向刀具一侧弯曲变形，以至产生“扎刀”现象。在工件的全长上切削时，背吃刀量由小到大，再由大到小，以至使工件产生；B加工粗短轴时，在车床采用两顶尖支承短而粗的工件进行车削时，因为工件刚度大，受力变形很小，可略去不计，机床的精度对工件加工精度的影响变得突出。工艺系统的变形主要是主轴箱、尾座和刀架的编写。在背向力Fp的作用下，主轴箱、尾座和刀具都发生位移，实验证明，在粗短轴全长上加工时，当刀具靠近尾座时，尾座的位移量较大；当刀具靠近主轴箱时，主轴箱的位移量较大；当刀具位于工件中间时，尾座和主轴箱的水平位移量最小，最终形成马鞍形误差；C机床误差引起如果车床的导轨与主轴回转轴线在垂直面内的平行度存在误差，加工出来轴的外表面就会形成双曲面回转体，也就是通常所说的马鞍形误差。3）改进措施A对于细长轴加工时形成的马鞍形误差，可采用与腰鼓形加工误差改进措施相同的方法；B对于粗短轴加工时形成的马鞍形误差，可通过改进刀具几何参数、减小切削深度来减小径向切削力，以及增强机床刚度等方面采取措施；C对于机床误差形成的马鞍形误差，应加强机床导轨的保护与保养，以减少导轨磨损，延长导轨的使用寿命。定期检修，保证机床的精度。3、锥形圆柱度误差：1）基本形式一头大一头小2）形成原因有以下三个方面A车床导轨与主轴回转轴线在水平面内存在平行度误差，加工出来的轴就会产生锥度误差；B车床尾座中心线与主轴回转轴线不在同一直线上。如果车床尾座中心线向远离刀具一侧偏移，则加工出来的轴就产生左小右大的锥形误差；反之，若车床尾座中心线向靠近刀具一侧偏移，则加工出来的轴的左大右小；C主轴纯角度摆动是指主轴实际回转轴线与平均回转轴线成一定的倾斜角度，但其交点位置固定不变的运动。3）改进措施A定期检修机床，保证机床导轨与主轴回转轴线在水平面内的平行度符合要求；B在使用车床前，应检查尾座中心线与主轴回转轴线是否在同一直线上；C调整主轴轴承间隙，消除主轴纯角度摆动。4、毛坯误差复映：复映：重复地反映出来1）基本形式工件已加工表面的误差与毛坯形状误差相似2）形成原因因毛坯形状误差造成切削力大小变化引起加工误差3）改进措施改进工艺措施，增加进给次数，采用误差分组法加工在车床上加工短轴时，当工艺系统确定后，一般来说其刚度近于不变，刀具与工件之间相对正确位置的改变通常由于外力的作用造成的。在加工有椭圆形状误差的轴时，加工前将刀尖调整到规定尺寸位置，车削时工件每转一转，切削深度将不断变化。当车到有椭圆形状误差毛坯的长轴处理论切削深度最大，此时切削力最大，工艺系统的变形也最大；而当车到椭圆的短轴处时理论切削深度最小，此时切削力最小，工艺系统的变形也最小。由于切削深度变化导致径向切削力的相应变化，并在Fmax和Fmin之间往复变化。当系统的刚度不变时，这种变化的切削力作用在工艺系统上，使工艺系统在这种变化的切削力作用下发生相应的变形。在切削过程中，由于毛坯本身的几何形状误差或材料的硬度不均匀，引起切削力的不断变化，促使工艺系统产生相应的变形，这种变形最终改变了刀尖与工件间原来已调整好的相对位置，造成在工件表面保留了与毛坯表面相似的形状误差，这种现象称为毛坯误差复映。（在加工过程中，由于工件毛坯加工余量或材料硬度的变化，引起切削力和工艺系统受力变形的变化，因而使工件产生的变形。）5、直线度误差：1）基本形式轴的回转中心线不成一直线，弯曲变形2）形成原因A工件在加工过程中，需要切除掉大量金属，因而会产生较大的切削力和切削热，同时也需要较大的夹紧力，在这些力和热的共同作用下，引起零件产生弯曲变形；B经过粗加工、半精加工后，零件的外形与毛坯的外形发生了很大的变化，零件的内应力重新分布，导致零件发生弯曲变形。3）改进措施A划分加工阶段，使零件的变形发生在粗加工、半精加工阶段，以便在精加工阶段得以修正；B在加工工艺过程中安排退火、时效等热处理工艺，消除内应力，减小工件的完全变形；C改进刀具几何形状，适当增大主偏角，采用硬质材料刀具，减小径向切削分力，控制零件的弯曲变形。6、同轴度误差：1）基本形式被测两轴颈的轴线不在同一直线上2）形成原因A选择工艺方法不当。如果采用中间大直径表面为定位基准装夹加工一端后，再掉头装夹加工另一端，这时由于安装误差造成加工后两轴颈之间产生同轴度误差；B加工时选择的基准不一致。如果加工轴颈一端采用大径外圆定位，加工另一端采用两中心孔定位，则加工时由于选择的基准不一致而导致两轴颈之间产生同轴度误差。C机床精度低也是造成同轴度误差的原因之一。3）改进措施A加工两端轴颈均采用两中心孔作为统一的定位基准，并在精加工之前修正中心孔，提高定位基准的定位精度，可以有效提高两轴颈的同轴度。B保证机床精度能够满足零件的加工精度要求。三、内圆表面常见的加工误差与控制1、圆度误差：1）基本形式在横截面上孔的形状变成椭圆或产生其他形式的圆度误差2）形成原因常发生在使用镗床加工零件内孔的情况下，在镗床上加工孔时造成圆度误差的原因有：A主轴纯径向跳动造成椭圆状圆度误差主轴的纯径向跳动是指主轴实际回转轴线相对于主轴回转轴线在空间作平行移动。在镗床上加工孔时，主轴纯径向跳动导致中心线在x坐标方向作简谐振动，主轴每转一周其轴心线在x坐标轴上振动一个周期，最终镗出的孔呈椭圆形；B主轴的纯角度摆动造成椭圆状圆度误差主轴的纯角度摆动误差对工件的形状精度影响很大，镗孔时，孔将呈椭圆形。3）改进措施A提高主轴回转运动精度除了提供机床的制造精度外，在日常使用过程中，需要经常维护机床精度，及时调整主轴间隙，保持机床处于良好的工作状态；B设法使回转精度不依赖于机床主轴。如在镗床上加工箱体类零件的孔时，可采用镗模夹具加工，刀杆与主轴为浮动联接，这些措施使得刀杆的回转精度与机床主轴回转精度无关，工件的加工精度仅由刀杆和导套的配合质量决定，保证工件的加工精度。2、圆柱度误差：1）基本形式在全长上呈锥度或其他形式的圆柱度误差2）形成原因当在内圆磨床以横向切入法磨孔时，由于内圆磨头呈悬臂状态，主轴受力后因刚度不足产生弯曲变形，工件孔会出现带锥度的圆柱度误差。3）改进措施A在满足工艺要求的情况下尽量减小刀具的悬臂长度，提高刀架刚度。B适当减小背吃刀量，减小变形敏感方向的切削分力。C采用纵磨法加工。3、垂直度误差：1）基本形式端面与内孔的轴线不垂直2）形成原因机床主轴的纯轴向窜动。机床主轴的纯轴向窜动对内、外圆加工没有影响，但所加工的端面却与内外圆不垂直。主轴每转一周，就要沿轴向窜动一次，向前窜动的半周中形成右螺旋面，而向后窜动的半周中形成左螺旋面，最后切出如同端面凸轮一样的形状，并在端面中心附近出现一个凸台。在加工端面时，由于主轴每转一周就要沿轴向窜动一次，会使车出的端面与内孔轴线不垂直。3）改进措施A对采用滚动轴承支承的主轴，需对滚动轴承进行预紧，可以消除主轴的轴向间隙，并产生微量过盈，提高轴承的接触刚度，从而提高主轴的回转精度。B对采用滑动轴承支承的主轴，则需调整主轴端的调整螺母，消除轴向间隙。端面与回转表面轴线的垂直度误差不只发生