加工误差分析与精度保证

加工误差分析与精度保证1：影响零件加工质量的因素及分析零件的加工质量是保证机械产品工作性能和产品寿命的基础。衡量机械加工质量的指标有两方面加工精度表面质量一、机械加工精度和加工误差在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使刀具和工件间的正确位置发生偏移，因而加工出来的零件不可能与理想的要求完全符合，两者的符合程度可用机械加工精度和加工误差来表示。是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合程度。1、机械加工精度：2、加工误差：是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的偏离程度。加工精度越高，则加工误差越小，反之越大。1：影响零件加工质量的因素及分析从保证产品的使用性能分析，没有必要把每个零件都加工得绝对准确，可以允许有一定的加工误差，只要加工误差不超过图样规定的偏差，即为合格品。1：影响零件加工质量的因素及分析加工精度的高低是以国家有关公差标准来表示的。保证和提高加工精度实际上就是限制和降低加工误差。3、机械加工精度包含的内容尺寸精度形状精度位置精度机械加工精度限制加工表面与其基准间尺寸误差不超过一定的范围（公差）。限制加工表面宏观几何形状误差。限制加工表面与其基准间的相互位置误差。1：影响零件加工质量的因素及分析三者之间的关系：（1）当尺寸精度要求高时，相应的位置精度和形状精度也要求高。形状公差应限制在位置公差内，位置公差应限制在尺寸公差内。（2）当形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度不一定要求高。1：影响零件加工质量的因素及分析1.获得尺寸精度的方法试切法定尺寸刀具法(钻头、铰刀）调整法自动控制法（闭环加工系统）4、获得加工精度的方法1：影响零件加工质量的因素及分析2.获得形状精度的方法刀尖轨迹法成形刀具法展成法3.获得位置精度的方法划线找正夹具定位1：影响零件加工质量的因素及分析4、加工精度与加工成本和生产效率的关系一般地，加工精度要求↑，加工成本↑，生产效率↓。5、研究加工精度的目的研究加工精度的目的、就是弄清各种原始误差对加工精度影响的规律，掌握控制加工误差的方法，以获得预期的加工精度，必要时能指出进一步提高加工精度的途径。1：影响零件加工质量的因素及分析6、研究加工精度的方法因素分析法统计分析法在实际生产中，常常结合起来应用。一是先用统计分析法寻找误差的出现规律，初步判断产生加工误差的可能原因，然后运用单因素分析法进行分析、试验，以便迅速、有效地找出影响加工精度的主要原因。是在掌握各种原始误差对加工精度影响规律的基础上，分析工件加工中所出现的误差可能是哪一种或哪几种主要原始误差所引起的，并找出原始误差与加工误差之间的影响关系，通过估算来确定工件加工误差的大小，再通过试验测试来加以验证。是对具体加工条件下得到的几何参数进行实际测量，然后运用数理统计学方法对这些测试数据进行分析处理，找出工件加工误差的规律和性质，进而控制加工质量。1：影响零件加工质量的因素及分析影响加工精度的主要因素工艺系统的几何误差工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统热变形产生的误差工件内应力引起的误差让刀变形夹紧变形加工原理误差机床误差夹具误差刀具误差机床的热变形工件的热变形1：影响零件加工质量的因素及分析2：工艺系统的几何误差1、加工原理误差加工原理是指加工表面的形成原理。加工原理误差是由于采用了近似的切削运动或近似的切削刃形状所产生的加工误差。为了获得规定的加工表面，要求切削刃完全符合理论曲线的形状，刀具和工件之间必须作相对准确的切削运动。但往往为了简化机床或刀具的设计与制造，降低生产成本，提高生产率和方便使用而采用了近似的加工原理，在允许的范围内存在一定的原理误差。视频2：工艺系统的几何误差2、机床误差机床误差是指在无切削负荷下，来自机床本身制造误差、安装误差和磨损.机床主轴回转误差机床导轨导向误差机床传动链的误差机床误差2：工艺系统的几何误差2.1主轴回转误差（1）主轴回转误差的概念将主轴实际回转轴线对理想回转轴线漂移在误差敏感方向上的最大变动量称为主轴回转误差。（2）主轴回转运动误差的形式轴向窜动对车、镗削加工精度的影响主轴的轴向窜动对内、外圆的加工精度没有影响，但加工端面时，会使加工的端面与内外圆轴线产生垂直度误差。主轴每转一周，要沿轴向窜动一次，使得切出的端面产生平面度误差。当加工螺纹时，会产生螺距误差。2：工艺系统的几何误差2：工艺系统的几何误差车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很小，但轴平面有圆柱度误差（锥度）。车外圆：得到圆形工件，但产生圆柱度误差（锥体）车端面：产生平面度误差镗孔时，由于主轴的纯角度摆动使得主轴回转轴线与工作台导轨不平行，使镗出的孔呈椭圆形，如图所示。角度摆动对车、镗削加工精度的影响主轴纯角度摆动对加工精度的影响，取决于不同的加工内容。2：工艺系统的几何误差纯角度摆动O－工件孔中心线Om－主轴回转中心线2：工艺系统的几何误差2.2导轨误差机床导轨是机床主要部件的相对位置及运动的基准，导轨误差将直接影响加工精度。(1)导轨在垂直面内的直线度误差卧式车床或外圆磨床的导轨垂直面内有直线度误差ΔZ，使刀尖运动轨迹产生直线度误差ΔZ，由于是误差非敏感方向，零件的加工误差ΔR≈ΔZ2／2R可忽略不计。而平面磨床、龙门刨床这时是误差敏感方向，所以导轨误差将直接反映到被加工的零件上。2：工艺系统的几何误差导轨在垂直面内直线度误差垂直平面导轨垂直面直线度ΔZdΔRΔZR＋ΔRR2：工艺系统的几何误差(2)导轨在水平面内的直线度误差卧式车床或外圆磨床的导轨水平面内有直线度误差△Y，将使刀尖的直线运动轨迹产生同样的直线度误差ΔY，由于是误差敏感方向，工件的加工误差△R＝△Y，造成零件的圆柱度误差。对平面磨床和龙门刨床，导轨水平方向为误差非敏感方向，加工误差可忽略。2：工艺系统的几何误差导轨在水平面内直线度误差ΔYΔYoDΔR水平面导轨水平面内直线度2：工艺系统的几何误差2.3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。2：工艺系统的几何误差如普通车刀、单刃镗刀和面铣刀等）的制造误差对加工精度没有直接影响，但磨损后对工件尺寸或形状精度有一定影响成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、盘形齿轮铣刀等）的误差主要影响被加工面的形状精度3、工艺系统其它几何误差（1）刀具误差一般刀具定尺寸刀具成形刀具展成法刀具展成法刀具（如齿轮滚刀、插齿刀等）加工齿轮时，刀刃的几何形状及有关尺寸精度会直接影响齿轮加工精度定尺寸刀具（如钻头、铰刀、圆孔拉刀等）的尺寸误差直接影响被加工工件的尺寸精度。刀具的安装和使用不当，也会影响加工精度。2：工艺系统的几何误差图例车刀的尺寸磨损图例车刀磨损过程2：工艺系统的几何误差夹具的误差主要是指：1）定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等零件的制造误差。2）夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺寸误差。3）夹具在使用过程中工作表面的磨损。（2）夹具误差和工件安装误差2：工艺系统的几何误差图例钻孔夹具误差对加工精度的影响（3）测量误差（1）量具、量仪和测量方法本身的误差（2）环境条件的影响（温度、振动等）（3）测量人员主观因素的影响（视力、测量力大小等）（4）正确选择和使用量具，以保证测量精度2：工艺系统的几何误差（4）调整误差试切法调整定程机构调整样板、样件调整夹具安装调整大批量生产时常采用行程挡块、靠模、凸轮作为定程机构，其制造精度和调整精度产生调整误差样件、样板的制造精度和安装精度、对刀精度产生调整误差•测量误差•进给机构位移误差（爬行现象）•加工余量的影响（余量很小时，刀刃打滑）影响工件在机床上占有正确的加工位置2：工艺系统的几何误差（5）工艺系统磨损引起的误差磨损破坏了成形运动，改变了工件与刀具的相对位置和速比，产生加工误差刀具磨损严重影响工件的形状精度、尺寸精度2：工艺系统的几何误差3：工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统：机床、夹具、工件、刀具产生加工误差（举例）破坏了刀具、工件间相对位置工艺系统受力变形现象外力：切削力、传动力、惯性力、夹紧力、重力图受力变形对工件精度的影响a)车长轴b）磨内孔由此看来，为了保证和提高工件的加工精度，就必须深入研究并控制以至消除工艺系统及其有关组成部分的变形。3：工艺系统受力变形引起的加工误差1、工艺系统的刚度工艺系统整体抵抗变形的能力。（1）工艺系统刚度的概念3：工艺系统受力变形引起的加工误差负刚度现象若出现变形方向与受力方向不一致的情况，工艺系统就处于负刚度状态。负刚度现象对保证加工质量是不利的。3：工艺系统受力变形引起的加工误差（2）影响机床部件刚度的因素①连接表面间的接触变形②薄弱零件本身的影响③接合面间的间隙④接合面间摩擦力的影响机床部件刚度的薄弱环节a)溜板中的楔铁b)轴承套两零件结合面间的接触情况3：工艺系统受力变形引起的加工误差接触刚度实验研究表明，两个相接触的表面间受力作用时，两表面的接触变形y是表面压强p的递增函数。因此，机床部件接合表面间刚度可较确切地用接触刚度来表示，即压强的微分dp与位移的微分dy的比值称为接触刚度kjkj=dp/dy表面接触变形与压强的关系3：工艺系统受力变形引起的加工误差（2）切削力大小变化引起的加工误差（误差复映）在加工过程中，由于工件加工余量或材料硬度不均匀，都会引起背向力的变化，从而使工艺系统受力变形不一致而产生加工误差。以车削短圆柱工件外圆为例。由于毛坯存在的圆度误差△m=ap1-ap2引起了工件产生圆度误差△w=y1-y2且△m越大，△w越大，这种由于工艺系统受力变形的变化而使毛坯椭圆形状误差复映到加工后工件表面的现象称为“误差复映”。3：工艺系统受力变形引起的加工误差工艺系统的刚度越大,复映系数越小,毛坯误差复映到工件上去的部分就越少。经加工之后工件的误差比加工前的误差减小,经多道工序或多次走刀加工之后,工件的误差就会减小到工件公差所许可的范围内。3：工艺系统受力变形引起的加工误差增加走刀次数,可减小误差复映,提高加工精度,但生产率降低了。提高工艺系统刚度，对减小误差复映系数具有重要意义。毛坯的各种形状误差（圆度、圆柱度、同轴度、平面度等）都会以一定的复映系数，复映成工件的加工误差。毛坯材料的不均匀，HB有变化，同样会引起背向力的变化，产生加工误差，分析方法同误差复映规律。讨论：3：工艺系统受力变形引起的加工误差在车床或磨床类机床上加工轴类零件时，常用单爪拨盘带动工件旋转，如图所示。（3）切削过程中受力方向变化引起的加工误差1）由于传动力引起的误差结论：在单爪拨盘传动下车削出来的工件是一个正园柱，并不产生加工误差。3：工艺系统受力变形引起的加工误差2）由于惯性力引起的误差在高速切削时，如果工艺系统中有不平衡的高速旋转的构件存在，就会产生离心力。它和传动力一样，在工件的每一转中不断变更方向，引起工件几何轴线作上述相同形式的摆角运动，故理论上讲也不会造成工件圆度误差。但是要注意的是当不平衡质量的离心力大于切削力时，车床主轴轴颈和轴承内孔表面的接触点就会不断地变化，轴承孔的圆度误差将传给工件的回转轴心。因此可采用配重平衡的方法来消除这种影响，必要时亦可适当降低主轴转速，以减小离心力的影响。3：工艺系统受力变形引起的加工误差4、工艺系统其它外力作用引起的加工误差1）由于机床部件或工件本身重量以及它们在移动中位置变化而引起的加工误差图机床部件自重引起的横梁变形3：工艺系统受力变形引起的加工误差套筒夹紧变形误差Ⅰ－工件Ⅱ－开口过渡环2）由于夹紧力引起的加工误差3：工艺系统受力变形引起的加工误差图薄片工件的磨削a)毛坯翘曲b)电磁工件台吸紧c)磨后松开，工件翘曲b)d)磨削凸面e)磨削凹面f)磨后松