加工精度與導(dǎo)軌誤差

1 機(jī)械制造工藝過程 第三講 本次課程 目標(biāo) 機(jī)械加工精度與加工誤差 原始誤差及其分類 誤差的敏感方向 研究加工精度的方法 加工原理誤差 調(diào)整誤差 機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差 2 加工 精度與加工誤差 3 加工 精度： 零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位 置）與理想幾何參數(shù)相符合的程度 。符合 程度越高則加工 精度就越高。 加工 誤差： 零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的 偏離程度稱為加工誤差。 加工 誤差的大小表示了加工精度的高低，加工誤差是加工 精度的度量 。 4 加工精度定義： 實(shí)際 理想，幾何參數(shù)的符合程度。 加工精度與加工誤差： 加工精度，符合程度； 加工誤差，偏差大小。 加工精度與經(jīng)濟(jì)性： 加工精度高，成本高，生產(chǎn)力低。 加工 精度與加工誤差 5 右圖為加工一批小軸外徑尺寸分布圖。 對每個零件可測出一個肯定的值 誤差 =d(實(shí)際 )-d(理想 )； 各個零件可能不一樣，但一批零件的 誤差有一個變化范圍 精度 = d(實(shí)際最大 )- d(實(shí)際最小 )， 精度表示一批工件誤差重復(fù)的程度 公差是設(shè)計人員根據(jù)零件的使用要求 在設(shè)計圖紙上合理規(guī)定的加工范圍 , 又稱設(shè)計精度 公差 = d(max)-d(min) 實(shí)例講解（ 1） 舉例 : 在組合鏜床上用調(diào)整法精鏜一批工件的孔 ,圖紙要求孔的直徑 為 ，測得的實(shí)際尺寸列表如下 : 6 mm10.0060 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A 60.07 60.08 60.07 60.09 60.10 60.07 60.06 60.06 60.08 60.10 B 60.08 60.10 60.08 60.07 60.05 60.06 60.08 60.10 60.09 60.09 C 60.06 60.05 60.05 60.04 60.05 60.05 60.06 60.06 60.08 60.06 D 60.08 60.07 60.04 60.05 60.07 60.09 60.10 60.08 60.06 60.09 E 60.09 60.08 60.09 60.10 60.09 60.08 60.09 60.07 60.08 60.10 實(shí)例講解（ 2） 7 最大尺寸： D(max)=60.10(mm)， D(min) = 60.04(mm) 該批工件所能達(dá)到的加工精度為全部工件的尺寸分散 D(max)- D(min) = 0.06mm 圖紙要求：孔徑尺寸為 60.0 60.10(mm), 全部合格。 理想尺寸：公差帶的平均尺寸 D(M)=60+(0.1)/2=60.05mm 最大加工誤差： D(max) - D (M) =60.10 - 60.05=0.05mm 最小加工誤差： D(min) - D (M) =60.04 - 60.05= -0.01mm 實(shí)例講解（ 3） 舉例 1 . 0 0 1 1 . 0 0 1 1 . 0 0 1 6 . 0 0 1 . 0 0 0 . 0 0 1 6 . 0 0 0 . 0 0 1 設(shè)計要求 : 制造結(jié)果 : 1 你接受我制造出來的零 件嗎 ? 2 問題是什么 ? 3 如何消除該問題 ? 直線度 1.000 0.002 0 . 0 0 1 M e a s u r e d e r r o r 0 . 0 0 1 1.000 0.002 0 . 0 0 1 0 . 0 0 1 設(shè)計 含義 平面度 1.000 0.002 0 . 0 0 1 0 . 0 0 1 p a r a l l e l p l a n e s 圓度 033.0030 1.00 0.05 0 . 0 1 At any section along the cylinder 舉例 12 零件的加工精度應(yīng)包含哪些內(nèi)容？ 幾何形狀、尺寸、表面相互位置。 尺寸精度：長度 50 0.1； 內(nèi)徑 外徑 幾何形狀精度：圓度 0.01； 位置精度：平行度 0.02； 033.0030 40 通常形狀公差應(yīng)限制在位置公差之內(nèi)，而位置公 差一般也應(yīng)限制在尺寸公差之內(nèi)。 當(dāng)尺寸精度要求高時，相應(yīng)的位置精度、形狀精 度也要求高。 但形狀精度要求高時，相應(yīng)的位置精度和尺寸精 度有時不一定要求高 . 13 零件加工精度的關(guān)系 零件的加工精度高，則加工成本高，生產(chǎn)效率低。 零件的尺寸、幾何形狀和表面間相對位置的形成，取 決于工件和刀具在切削運(yùn)動過程中相互位置的關(guān)系。 工藝系統(tǒng)：機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的一個系統(tǒng)。 14 零件加工精度相關(guān)常識 弄清各種原始誤差的物理、力學(xué)本質(zhì) ; 它們對加工精度影響的規(guī)律 ; 掌握控制加工誤差的方法 ,以期獲得預(yù)期的加工 精度 ; 需要時能找出進(jìn)一步提高加工精度的途徑。 15 研究加工精度的目的 16 影響機(jī)械加工精度的 因素（ 1） 活塞加工中精 鏜銷孔工序的 加工過程中， 影響工件和刀 具間相互位置 的因素有哪些？ 影響機(jī)械加工精度的 因素（ 2） 1 裝夾 設(shè)計基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合、夾緊誤差、間隙 引起的定位誤差等等 2 調(diào)整 調(diào)整 誤差、機(jī)床、刀具、夾具本身的制造誤差 3 加工 切削力 、切削熱和摩擦等，引起工件和刀具之 間的相對位置，造成種種加工誤差。 4 還有 測量、熱、力、近似成形方法、內(nèi)應(yīng)力及 原理誤差等等。 17 18 工藝系統(tǒng)： 機(jī)床，夾具，刀具，工件 原始誤差： 工藝系統(tǒng)誤差。 原始誤差來源： 工藝系統(tǒng)本身 加工原理誤差， 機(jī)床、夾具、刀具制造誤差，工件裝夾誤差。 加工過程中出現(xiàn) 力、熱、振動、磨損等。 加工誤差來源和原始誤差 19 原始 誤差 與工藝系統(tǒng)原始狀 態(tài)有關(guān)的原始誤差 (幾何誤差 ) 與工藝過程有關(guān)的 原始誤差 (動誤差 ) 原理誤差 定位誤差 調(diào)整誤差 刀具誤差 夾具誤差 機(jī)床誤差 工藝系統(tǒng)受力變形 （ 包括夾緊變形 ） 工藝系統(tǒng)受熱變形 刀具磨損 測量誤差 工件殘余應(yīng)力引起的變形 工件相對于刀具靜止?fàn)顟B(tài)下 的誤差 工件相對于 刀具運(yùn)動狀 態(tài)下的誤差 主軸回轉(zhuǎn)誤差 導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差 傳動誤差 原始誤差的分類 20 誤差敏感方向（ 1） 21 敏感方向： 原始誤差產(chǎn)生在加工表面的法線方向； 不敏感方向： 原始誤差產(chǎn)生在加工表面的切線方向 。 o 誤差敏感方向（ 2） 22 RY Y RX 2 02 Y YR R （ 1） XRX （ 2） 顯然： XYRR 誤差敏感方向一般為已加工表面 過切削點(diǎn)的法線方向。 誤差敏感方向 Y X a） Y X b） 誤差敏感方向（ 3） 23 研究加工精度的方法 單 因素分析法 (理論和實(shí)驗(yàn)方法 ) 通過分析計算或?qū)嶒?yàn)、測試等方法，研究某一確定因素對加 工精度的影響，主要是分析各項(xiàng)誤差單獨(dú)的變化規(guī)律。 統(tǒng)計分析法（數(shù)學(xué)方法） 運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計方法對生產(chǎn)中一批工件的實(shí)測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處 理，用以控制工藝過程的正常進(jìn)行。 24 單因素分析法和統(tǒng)計分析法，這兩種方法在生產(chǎn)實(shí)際中往 往結(jié)合起來應(yīng)用。 一般先用統(tǒng)計分析法找出誤差的出現(xiàn)規(guī)律，判斷產(chǎn)生加工 誤差的可能原因，然后運(yùn)用單因素分析法進(jìn)行分析、試驗(yàn)， 以便迅速有效地找出影響加工精度的關(guān)鍵因素。 研究加工精度的方法 25 式中 R 球頭刀半徑； h 允許的殘留高度 。 例：在數(shù)控銑床上采用球頭刀銑削復(fù)雜形面零件 S h 空間曲面數(shù)控加工 8S R h 加工原理誤差 加工原理誤差： 是指采用了近似的成形運(yùn)動或近似的刀刃輪 廓代替理論的成形運(yùn)動或刀刃形狀進(jìn)行加工面產(chǎn)生的誤差。 26 行切法：球頭刀與零件輪廓的切點(diǎn)軌跡是一行一行的，而 行間的距離 S是按零件加工要求確定的。 將空間立體形面視為眾多的平面截線的集合，每次走刀 加工出其中的一條截線。每兩次走刀之間的行間距為 s。 空間直線插補(bǔ)功能：平面曲線由許多很短的折線去逼近。 加工原理誤差 27 加工零件表面時，重要點(diǎn)是工件和刀具之間的運(yùn) 動聯(lián)系。如螺紋加工，齒輪加工。 成形刀具加工成形表面也存在加工誤差，如齒輪 滾刀有兩種誤差： 1 齒形 -阿基米德蝸桿或法向直廓蝸桿代替漸 開線基本蝸桿； 2 齒數(shù)有限代替無限光滑。 模數(shù)銑刀成形銑削齒輪，采用近似刀刃齒廓，也 屬加工原理誤差。 加工原理誤差 調(diào)整誤差 試切法調(diào)整： 試切、測量、調(diào)整、直至符合規(guī)定 的尺寸要求，在正式切削出整個待加工表面。 引起試切調(diào)整誤差的因素： 1 測量誤差：量具本身的精度、測量方法或使用條 件下的誤差（溫度影響、操作者的細(xì)心程度） 2 機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差 (“爬行”現(xiàn)象 ) 28 調(diào)整誤差 29 3 試切時與正式切削時切削層厚度不同的影響： A 不同材料的刀具刃口半徑不同，最小切削層厚度不同。 B 精加工：試切最后一刀往往很薄，切削厚度過小，打滑。 C 粗加工：試切最后一刀切削層厚度較大，刀刃不會打滑。 D 正式切削切深更大，受力變形也很大。所切除的金屬層 厚度就比試切部分小，同樣引起工件的尺寸誤差。 調(diào)整法 試切調(diào)整與樣件（樣板）調(diào)整 除試切法調(diào)整精度的因素外，其他因素： 1 定程機(jī)構(gòu)誤差： 行程檔塊、靠模、凸輪等制造精 度和調(diào)整，離合器、電燈開關(guān)等的靈敏度等。 2 樣件或樣板的誤差 ： 樣板制造誤差、安裝誤差、對刀誤差等。 3 測量有限試件造成的誤差 ：試切數(shù)量有限，不能 把整批切削各種隨機(jī)誤差完全反映出來。 30 31 測量誤差。 試切時與正式切削時切削厚度 不同造成的誤差。 機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差。 定程機(jī)構(gòu)誤差。 樣件或樣板誤差。 測量有限試件造成的誤差。 a） b） 圖 試切法與調(diào)整法 試切法 （ 圖 a） 調(diào)整法 （ 圖 b） 試切法與調(diào)整法 32 引起機(jī)床誤差的原因有： 機(jī)床的制造誤差 安裝誤差 機(jī)床磨損 機(jī)床誤差的項(xiàng)目很多，對加工精度影響較大的是： 導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差 主軸回轉(zhuǎn)誤差 傳動鏈誤差 工藝系統(tǒng)的制造誤差及磨損 機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差 導(dǎo)軌 導(dǎo)向精度： 機(jī)床 導(dǎo)軌副的運(yùn)動件實(shí)際運(yùn)動方向與理想運(yùn)動方向 的符合程度。 導(dǎo)軌 導(dǎo)向誤差： 機(jī)床 導(dǎo)軌副的運(yùn)動件實(shí)際運(yùn)動方向與理想運(yùn)動方向 兩者之間的偏差稱為導(dǎo)向誤差。 導(dǎo)軌 是機(jī)床中確定主要部件相對位置的基準(zhǔn)，也是 運(yùn)動的基準(zhǔn)，它的各項(xiàng)誤差直接影響被加工工件的精度。 33 34 導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差 包括： 導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度 ; 導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度 ; 前后導(dǎo)軌平行度 （ 扭曲 ） ; 導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線的平行度 （ 或垂直度 ） 。 機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差 35 圖： 機(jī)床導(dǎo)軌誤差對加工精度的影響（ 1） ）在水平面內(nèi)的直線度誤差，是敏感方向，影響尺 寸誤差和形狀誤差。如車、磨床。 36 圖： 導(dǎo)軌誤差對車削圓柱面精度的影響（ 1） 圖例分析 引起的加工誤差考慮很小，可以忽略，只需 ）（ 加工表面圓柱度誤差 ）（加工半徑誤差 yz DzR z yyR yR y z y 23 /)( : 13 : 2 m i nm a xm a x 37 2）垂直面內(nèi)的直線度誤差： 車、磨床：非敏感方向，影響很少； 銑、刨、平磨、轉(zhuǎn)塔車：敏感方向，影響大（尺 寸、形狀）。 38 機(jī)床導(dǎo)軌誤差對加工精度的影響（ 2） X 圖 導(dǎo)軌扭曲引起的加工誤差 R D B X Y 3）前后導(dǎo)軌平行度（扭曲）： 分解為水平方向和垂直方向 分量 前后導(dǎo)軌的扭曲量 導(dǎo)軌傾斜度 導(dǎo)軌寬度 車床中心高 半徑誤差前后導(dǎo)軌不平行，加工 : : : : / a B H BHaHyR r 機(jī)床導(dǎo)軌誤差對加工精度的影響（ 3） 40 鏜 刀 桿進(jìn)給：導(dǎo)軌 不直、扭曲或者與鏜桿軸線不平行等誤差 ，引起 鏜 出的孔與其基準(zhǔn)的相互位置誤差 ，不會 產(chǎn)生孔的形狀誤差。 鏜床 誤差敏感方向是隨主軸回轉(zhuǎn)而變化 的，導(dǎo)軌在水平面及垂直面 內(nèi)的直線度誤差均直接影響加工精度。 普通鏜： 工作臺 進(jìn)給，導(dǎo)軌不直（扭曲），加工孔的軸線不直。 導(dǎo)軌 與主軸回轉(zhuǎn)軸線不平行，則鏜出的孔呈橢圓形。 機(jī)床導(dǎo)軌誤差對加工精度的影響（ 3） 機(jī)床導(dǎo)軌副的磨損： 與工作的連續(xù)性、負(fù)荷特性、工作條件、導(dǎo)軌 的材質(zhì)和機(jī)構(gòu)有關(guān)。 一般臥式車床，兩班制使用一年后，前導(dǎo)軌 （三角形導(dǎo)軌）磨損量可達(dá) 0.04-0.05mm; 粗加工條件下，磨損量可達(dá)到 0.1-0.2mm. 41 機(jī)床導(dǎo)軌誤差對加工精度的影響（ 3） （）提高直線運(yùn)動精度的措施 選用 合理的導(dǎo)軌形狀和導(dǎo)軌組合形式 ，合理 的 形狀參數(shù) 提高 精度：加工精度，配合精度 減少 磨損：靜壓導(dǎo)軌，貼塑導(dǎo)軌。 42 機(jī)床導(dǎo)軌誤差對加工精度的影響（ 3） 例題分析： 在車床上車孔時，若主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動與刀具的直線進(jìn)給 運(yùn)動均很準(zhǔn)確，只是它們在水平面內(nèi)或垂直面上不平 行，試分別分析在只考慮機(jī)床主軸與導(dǎo)軌的相互位置 誤差的影響時，加工后工件內(nèi)孔將產(chǎn)生什么樣的形狀 誤差？ 參考答案：見 a、 b圖 43 44 例題 分析 例題 為什么對車床床身導(dǎo)軌在水平面的直線度要求要 高于在垂直面的直線度要求？而對平面磨床的床 身導(dǎo)軌其要求則相反呢？ 對鏜床導(dǎo)軌的直線度為什么在水平面與垂直面都 有較高的要求？ 參考答案： 普通車床的車刀是水平安裝的，床身導(dǎo)軌在水平面內(nèi) 的直線度誤差直接反映為刀具在被加工表面的法線方向 上的尺寸變化，對加工直徑的影響大。 磨削平面時，加工表面的法線方向在垂直面上，因此 對平面磨床床身導(dǎo)軌在垂直面上的直線度有較高的要求。 在鏜床上鏜孔時，加工表面的法線方向是不斷變換的， 鏜床導(dǎo)軌在水平面與垂直面的直線度誤差都對鏜孔的徑 向尺寸有明顯的影響，因而都有較高的要求。 46 例題 分析 47 有 一車床使用年限較久，前 后導(dǎo)軌磨損不均，前棱形導(dǎo)軌磨 損大，且中間最明顯，行程導(dǎo)軌 扭曲，經(jīng)測量前后導(dǎo)軌在垂直面 內(nèi)的平行度（扭曲值）為 0.015/1000,試求所加工的工件 幾何形狀的誤差值，并給出加工 后光軸的形狀？ 例題 分析 )(0 06.0 3 00 2 00 3 00 1 000 0 15.0 22 3 00 1 000 0 15.0 , mmyD B H y 差值為：加工后工件軸向直徑誤 從圖中可知： 參考答案： 48 例題 分析 小結(jié) 49 機(jī)械加工精度與加工誤差 原始誤差及其分類 誤差的敏感方向 研究加工精度的方法 加工原理誤差 調(diào)整誤差 機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差