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1、机械加工工艺系统刚度及误差技术部201304第一页，编辑于星期日：点 四十分。零件加工精度相关常识工艺系统：工艺系统：机床、夹具、刀具和工件机床、夹具、刀具和工件组成的一个系统。组成的一个系统。零件的加工精度高，则加工成本高，零件的加工精度高，则加工成本高，生产效率低。生产效率低。零件的尺寸、几何形状和表面间相对零件的尺寸、几何形状和表面间相对位置的形成，取决于工件和刀具在位置的形成，取决于工件和刀具在切削运动过程中切削运动过程中相互位置的关系。第二页，编辑于星期日：点 四十分。弄清各种原始误差的物理、力学本质弄清各种原始误差的物理、力学本质;它们对加工精度影响的规律它们对加工精度影响的规律;
2、掌握控制加工误差的方法掌握控制加工误差的方法,以期获得预期以期获得预期的加工精度的加工精度;需要时能找出进一步提高加工精度的途需要时能找出进一步提高加工精度的途径。径。研究加工精度的目的第三页，编辑于星期日：点 四十分。影响机械加工精度的因素1 1 装夹装夹 设计基准与定位基准不重合、夹紧误差、间隙引设计基准与定位基准不重合、夹紧误差、间隙引起的定位误差等等起的定位误差等等 2 2 调整调整 调整误差、机床、刀具、夹具本身的制造误差调整误差、机床、刀具、夹具本身的制造误差3 3 加工加工 切削力、切削热和摩擦等，引起工件和刀具之间切削力、切削热和摩擦等，引起工件和刀具之间的相对位置，造成种种加
3、工误差。的相对位置，造成种种加工误差。4 4 还有测量、热、力、近似成形方法、内应力及原理还有测量、热、力、近似成形方法、内应力及原理误差等等。误差等等。第四页，编辑于星期日：点 四十分。加工误差来源和原始误差工艺系统：工艺系统：机床，夹具，刀具，工件机床，夹具，刀具，工件原始误差：原始误差：工艺系统误差。工艺系统误差。原始误差来源：原始误差来源：工艺系统本身工艺系统本身 加工原理误差加工原理误差；机床、夹具、刀具等机床、夹具、刀具等工装制造误差工装制造误差；工件工件装夹误差装夹误差；加工过程中出现加工过程中出现力、热、振动、磨损等力、热、振动、磨损等干扰误差干扰误差。第五页，编辑于星期日：点
4、 四十分。加工误差来源和原始误差第六页，编辑于星期日：点 四十分。原始原始误差误差与与工工艺艺系系统统原原始始状状态态有有关关的的原原始始误误差差(定常几何误差定常几何误差)与与工工艺艺过过程程有有关关的的原始误差原始误差(随机误差随机误差)原理误差原理误差定位误差定位误差调整误差调整误差刀具误差刀具误差夹具误差夹具误差机床误差机床误差工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受力变形（包括夹紧变形）工艺系统受热变形工艺系统受热变形刀具磨损刀具磨损测量误差测量误差工件残余应力引起的变形工件残余应力引起的变形工工件件相相对对于于刀刀具具静静止止状状态态下下的误差的误差工工件件相相对对于于刀刀具具运
5、运动动状状态下的误差态下的误差主轴回转误差主轴回转误差导轨导向误差导轨导向误差传动误差传动误差原始误差的分类第七页，编辑于星期日：点 四十分。机械加工工艺系统定常误差分析第八页，编辑于星期日：点 四十分。机床主轴的回转运动误差机机械械加加工工工工艺艺系系统统的的几几何何误误差差包包括括：机机床床、夹夹具具、刀刀具具的的误误差；是由制造误差、安装误差以及磨损引起的误差等。差；是由制造误差、安装误差以及磨损引起的误差等。1、主轴回转运动误差的概念和形式、主轴回转运动误差的概念和形式 主轴回转误差概念主轴回转误差概念 主轴回转时实际回转轴线与理想回转轴线的偏移量主轴回转时实际回转轴线与理想回转轴线的
6、偏移量 三种基本形式：三种基本形式：a.纯径向跳动纯径向跳动 b.b.纯角度摆动纯角度摆动 c.c.轴向窜动轴向窜动 第九页，编辑于星期日：点 四十分。径向跳动径向跳动-瞬时回转轴线瞬时回转轴线沿平均回转轴线的径向跳沿平均回转轴线的径向跳 动运动。动运动。轴向窜动轴向窜动-瞬时回转轴线瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的轴沿平均回转轴线方向的轴向运动。向运动。角度摆动角度摆动-瞬时回转轴线瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜与平均回转轴线成一倾斜角，但其交点位置是固定角，但其交点位置是固定不变的运动。不变的运动。图图7-1第十页，编辑于星期日：点 四十分。2、主轴回转运动误差的影响因素主轴回转运动误
7、差的影响因素 轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴度误差，各段轴轴承本身误差、轴承间隙、轴承间同轴度误差，各段轴 颈、轴孔的同轴度误差主轴系统的刚度和热变形等。颈、轴孔的同轴度误差主轴系统的刚度和热变形等。但它们对主轴回转精度的影响大小随加工方式而不同但它们对主轴回转精度的影响大小随加工方式而不同第十一页，编辑于星期日：点 四十分。主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴颈主轴颈圆度误差对加工影响较大，轴承孔圆度误差对加工没影响圆度误差对加工影响较大，轴承孔圆度误差对加工没影响镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变化其镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变
8、化其轴承孔轴承孔误差对加工影误差对加工影响大响大第十二页，编辑于星期日：点 四十分。滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂滚动轴承结构复杂，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、支承座孔等精度颈、支承座孔等精度第十三页，编辑于星期日：点 四十分。产生产生轴向窜动主要原因轴向窜动主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。对主轴回转轴线有垂直度误差。主轴主轴不同形式的不同形式的回转误差引起的加工误差不同回转误差引起的加工误差不同 车床上加工外圆内孔时，车床上加
9、工外圆内孔时，主轴径向跳动主轴径向跳动引起工件圆度和引起工件圆度和圆柱度误差，对工件端面无影响；圆柱度误差，对工件端面无影响；轴向窜动轴向窜动对圆柱表面影响不大，对端面垂直度平面度影对圆柱表面影响不大，对端面垂直度平面度影响大，车削螺纹时会造成导程的周期性误差；响大，车削螺纹时会造成导程的周期性误差；纯角度摆动纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔时，会使镗出的孔为椭圆形。时，会使镗出的孔为椭圆形。第十四页，编辑于星期日：点 四十分。纯角度摆动纯角度摆动会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔会造成车削外圆或内孔的锥度误差；在镗孔时，若工件进给会使
10、镗出的孔为椭圆形。时，若工件进给会使镗出的孔为椭圆形。提高主轴及支承座孔的加工精度，选用高精度轴承，提高提高主轴及支承座孔的加工精度，选用高精度轴承，提高主轴部件装配精度、预紧和平衡等，提高主轴回转精度。主轴部件装配精度、预紧和平衡等，提高主轴回转精度。第十五页，编辑于星期日：点 四十分。3、主轴回转精度的测量、主轴回转精度的测量（1）静态测量法）静态测量法（2）动态测量法）动态测量法 4、提高主轴回转精度的措施、提高主轴回转精度的措施（1）提高主轴支承轴承的精度并进行精细的调整安装。）提高主轴支承轴承的精度并进行精细的调整安装。（2）如使用精密滚动轴承、或液体、气体静压轴承；）如使用精密滚动
11、轴承、或液体、气体静压轴承；主轴部件装配时，应合理地确定各相关零件的精度，主轴部件装配时，应合理地确定各相关零件的精度，采用轴颈与轴承圈误差抵消法或角度选配法精细的采用轴颈与轴承圈误差抵消法或角度选配法精细的调整安装并尽量消除轴承间隙，即可保证和提高主调整安装并尽量消除轴承间隙，即可保证和提高主轴的回转精度。轴的回转精度。（3）采用双死顶尖装夹工件，可减小机床主轴回转误）采用双死顶尖装夹工件，可减小机床主轴回转误差对工件加工精度的影响差对工件加工精度的影响（4）采用误差转移法）采用误差转移法第十六页，编辑于星期日：点 四十分。机床导轨误差 1、机床导轨误差的形式、机床导轨误差的形式导轨精度要求
12、主要有以下三方面：导轨精度要求主要有以下三方面：1）在水平面内的直线度在水平面内的直线度（以卧式车床为例）（以卧式车床为例）1将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向）将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向）上，误差上，误差R=1，对加工精度影响最大。，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。刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。第十七页，编辑于星期日：点 四十分。2）在垂直面内的直线度在垂直面内的直线度 对工件的尺寸和形状误差影响比对工件的尺寸和形状误差影响比1小得多小得多对卧式车床对卧式车床R 22/D 若设若设2=0.10.1mm,D=40
13、=40mm，则则R=0.00025=0.00025mm，影响可忽略不计。，影响可忽略不计。而对平面磨床、龙而对平面磨床、龙门刨床误差将直接反映在工件上。门刨床误差将直接反映在工件上。第十八页，编辑于星期日：点 四十分。3）导轨在垂直面内的直线度的特殊情况为斜坡状，）导轨在垂直面内的直线度的特殊情况为斜坡状，加工的工件轴向形状为鞍形。加工的工件轴向形状为鞍形。第十九页，编辑于星期日：点 四十分。4）前后导轨的平行度（扭曲）前后导轨的平行度（扭曲）卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时，卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时，刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨迹是一刀具和工件之
14、间相对位置发生变化，刀尖运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差。条空间曲线，使工件产生形状误差。若扭曲误差为若扭曲误差为3,工件误差工件误差R(H/B)3，一般车床，一般车床H/B2/3，外圆磨床，外圆磨床H/B1，误差对加工精度影响很大，误差对加工精度影响很大2、影响因素及提高精度的措施、影响因素及提高精度的措施 除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨导轨可
15、采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火等措施。表面淬火等措施。第二十页，编辑于星期日：点 四十分。机床传动链误差 概念：指机床内传动链始末两端的传动元件间相对运动的误差指机床内传动链始末两端的传动元件间相对运动的误差 一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。产生的原因一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。产生的原因 是传动链中各传动元件的制造误差、装配误差及磨损等。是传动链中各传动元件的制造误差、装配误差及磨损等。若传动齿轮若传动齿轮 i 在某一时刻产生转角误差为在某一时刻产生转角误差为i，则它所，则它所造成传动链末端元件的转角误差：造成传动链末端元件的转角误差：wi=Ki
16、i Ki 为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数，为该轴到末端元件的总传动比，称为误差传递系数，若若Ki大于大于1 1则误差被扩大；反之，若则误差被扩大；反之，若Ki小于小于1 1误差被缩小。误差被缩小。各传动件对工件精度影响的总和为：各传动件对工件精度影响的总和为：=wi=Ki i 第二十一页，编辑于星期日：点 四十分。减少传动链误差的措施：减少传动链误差的措施：尽可能缩短传动链，减少传动元件数目；尽可能缩短传动链，减少传动元件数目；尽量尽量采用降速传动，误差被缩小；采用降速传动，误差被缩小；提高传动元件、特别是末端元件的制造和提高传动元件、特别是末端元件的制造和 装配精度；装配精度；
17、消除传动间隙；消除传动间隙；采用误差补偿机构或自动补偿装置。采用误差补偿机构或自动补偿装置。第二十二页，编辑于星期日：点 四十分。夹具定位误差夹具误差：定常误差、随机误差定常误差：夹具制作误差、夹具安装误差随机误差：定位点的不确定、夹紧力的不确定、定位件变形、夹具体变形、温度影响、导向件的间隙等第二十三页，编辑于星期日：点 四十分。工艺系统的其他几何误差1 1、刀具的几何误差、刀具的几何误差 包括刀具切削部、装夹部的制造误差及刀具安装误差包括刀具切削部、装夹部的制造误差及刀具安装误差 定尺寸刀具定尺寸刀具 刀具尺寸精度直接影响工件尺寸精度刀具尺寸精度直接影响工件尺寸精度 成形刀具成形刀具 刀具
18、形状精度直接影响工件形状精度刀具形状精度直接影响工件形状精度 展成刀具展成刀具 刀刃形状精度会影响工件加工精度刀刃形状精度会影响工件加工精度 一般刀具一般刀具 制造精度对工件加工精度无直接影响制造精度对工件加工精度无直接影响第二十四页，编辑于星期日：点 四十分。2 2、调整误差、调整误差 在工序在工序的调整工作中所存在的误差即调整误差的调整工作中所存在的误差即调整误差 一次调整后存在的误差对这一批零件的影响是不变的。一次调整后存在的误差对这一批零件的影响是不变的。但但大批量加工中存在多次调大批量加工中存在多次调 整，不可能每次完全相同。整，不可能每次完全相同。对全部零件来说，每次调整对全部零件
19、来说，每次调整 误差为偶然性误差。机床调误差为偶然性误差。机床调 整误差可理解为零件尺寸分整误差可理解为零件尺寸分 布曲线中心的最大偏移量。布曲线中心的最大偏移量。加工中不产生废品的加工中不产生废品的条件：条件：fb+tT通常通常fb=6第二十五页，编辑于星期日：点 四十分。试切法调整1）进给机构的位移误差2）最小切削层厚度最小切削层厚度极限的影响调整法调整1）用定程机构调整2）用样板或样件调整3）统计抽样件数的影响误差调整方法第二十六页，编辑于星期日：点 四十分。机械加工工艺系统刚度（随机误差）及对加工精度影响第二十七页，编辑于星期日：点 四十分。工艺系统的静刚度切削加工时，工艺系统在切削力
20、、加紧力以及重力等的切削加工时，工艺系统在切削力、加紧力以及重力等的作用下，将产生相应的变形，使刀具和工件在静态下调作用下，将产生相应的变形，使刀具和工件在静态下调整好的相互位置，以及切削成形运动所需要的正确几何整好的相互位置，以及切削成形运动所需要的正确几何关系发生变化，而造成加工误差。关系发生变化，而造成加工误差。例如车削细长轴时，工件在切削力的作用下会发生变例如车削细长轴时，工件在切削力的作用下会发生变形，使加工出的轴出现中间粗两头细的情况。形，使加工出的轴出现中间粗两头细的情况。第二十八页，编辑于星期日：点 四十分。工艺系统静刚度第二十九页，编辑于星期日：点 四十分。工艺系统静刚度（串
21、联）第三十页，编辑于星期日：点 四十分。工艺系统变形第三十一页，编辑于星期日：点 四十分。切削力大小变化引起的加工误差工艺系统刚度越高，误差复映就越小第三十二页，编辑于星期日：点 四十分。夹紧力和重力引起的加工误差第三十三页，编辑于星期日：点 四十分。夹紧力和重力引起的加工误差第三十四页，编辑于星期日：点 四十分。夹紧力和重力引起的加工误差第三十五页，编辑于星期日：点 四十分。夹紧力和重力引起的加工误差第三十六页，编辑于星期日：点 四十分。夹紧力和重力引起的加工误差第三十七页，编辑于星期日：点 四十分。机床部件静刚度第三十八页，编辑于星期日：点 四十分。机床部件静刚度曲线的特点是弹性变形加载与
22、御载曲线不重合；有能量损失，克服摩擦和接触变形所作的功御载后曲线不回到原点；有残留变形部件的实际刚度远比按实体所估算的小。第三十九页，编辑于星期日：点 四十分。影响部件静刚度的主要因素 连接表面间的接触变形连接表面间的接触变形 薄弱零件本身的变形薄弱零件本身的变形 摩擦力的影响摩擦力的影响 接合面的间隙接合面的间隙第四十页，编辑于星期日：点 四十分。连接表面间的接触变形第四十一页，编辑于星期日：点 四十分。薄弱零件本身的变形第四十二页，编辑于星期日：点 四十分。摩擦力的影响 机床部件受力变形零件间连接表机床部件受力变形零件间连接表面发生错动面发生错动加载时摩擦力使零件变加载时摩擦力使零件变形阻
23、碍位移的传递形阻碍位移的传递御载时摩擦力使御载时摩擦力使零件变形阻碍位移的恢复零件变形阻碍位移的恢复造成加载造成加载御载刚度曲线不重合。御载刚度曲线不重合。第四十三页，编辑于星期日：点 四十分。接合面的间隙部件中各零件间如果有间隙受到较小的力部件中各零件间如果有间隙受到较小的力（克服摩擦力）就会使零件相互错动表现为（克服摩擦力）就会使零件相互错动表现为刚度很低。刚度很低。间隙消除后相应表面接触开始有接触变间隙消除后相应表面接触开始有接触变形和弹性变形表现为刚度很大。形和弹性变形表现为刚度很大。单项载荷，第一次加载消除间隙后对加工精度的影响单项载荷，第一次加载消除间隙后对加工精度的影响较小；较小
24、；动作载荷不断改变方向（镗、铣），间隙的影响大。动作载荷不断改变方向（镗、铣），间隙的影响大。第四十四页，编辑于星期日：点 四十分。减小工艺系统受力变形的途径（一）提高工艺系统的刚度（一）提高工艺系统的刚度（二）减小载荷及其变化（二）减小载荷及其变化第四十五页，编辑于星期日：点 四十分。提高工艺系统的静刚度1 合理的结构设计合理的结构设计2 提高连接表面的接触刚度提高连接表面的接触刚度（1）提高机床部件中零件间接合表面的质量）提高机床部件中零件间接合表面的质量（2）给机床部件以预加载荷）给机床部件以预加载荷（3）提高工件定位基准面的精度和减小表面）提高工件定位基准面的精度和减小表面粗糙度值粗糙
25、度值3 采用合理的装夹和加工方式（夹紧力方向最采用合理的装夹和加工方式（夹紧力方向最好与铣削力一致）好与铣削力一致）第四十六页，编辑于星期日：点 四十分。第四十七页，编辑于星期日：点 四十分。减小载荷及其变化合理选择刀具几何参数、切削用量以减合理选择刀具几何参数、切削用量以减小切削力，减少受力变形。小切削力，减少受力变形。毛坯分组，一次调整中加工的毛坯余量毛坯分组，一次调整中加工的毛坯余量比较均匀，较小切削力的变化，减小复比较均匀，较小切削力的变化，减小复映误差。映误差。第四十八页，编辑于星期日：点 四十分。残余应力引起的变形 （一）毛坯制造和热处理过程产生的残余应力。（二）冷校直带来的残余应力。（三）切削加工带来的残余应力第四十九页，编辑于星期日：点 四十分。机架的抗振性（动刚度）第五十页，编辑于星期日：点 四十分。祝各位学习愉快！第五十一页，编辑于星期日：点 四十分。