影响加工精度的因素刀夹具

2021-4-25 1 一 、 工 艺 系 统 的 几 何 误 差 （ 二 ） 刀 具 的 几 何 误 差 定 尺 寸 刀 具 刀 具 尺 寸 精 度 直 接 影 响 工 件 尺 寸 精 度 成 形 刀 具 刀 具 形 状 精 度 直 接 影 响 工 件 形 状 精 度 一 般 刀 具 制 造 精 度 对 工 件 加 工 精 度 无 直 接 影 响但 若 刀 具 几 何 参 数 和 形 状 不 适 当 ， 将 影 响 刀 具 的 磨 损 和 耐用 度 ， 直 接 影 响 工 件 的 加 工 精 度 。n刀 具 的 误 差 包 括 ： 刀 具 的 制 造 误 差 和 刀 具 的 磨 损 和刀 具 的 安 装 误 差 。1.刀 具 的 制 造 误 差 2021-4-25 2 初 期 磨 损 阶 段 正 常 磨 损 阶 段 急 剧 磨 损 阶 段（ 二 ） 刀 具 的 几 何 误 差 2.刀 具 的 磨 损刀 具 的 磨 损 阶 段 2021-4-25 3 （ 二 ） 刀 具 的 几 何 误 差 刀 具 的 尺 寸 磨 损NB 在 被 加 工 表 面 的 法 线 方 向 上 测 量 NB0 初 期 磨 损 量KNB斜 率 ， 相 对 磨 损 表 示 每 切 削 1000米 路 程 刀 具 的 尺 寸 磨 损 量 ， 单 位 为 m /km 刀 具 的 尺 寸 磨 损 量 可 用 下 式 计 算 10001000 000 lKNBllKNBNB NBNB 2021-4-25 4 选 用 新 型 耐 磨 刀 具 材 料 ；合 理 选 用 刀 具 几 何 参 数 和 切 削 用 量 ；正 确 刃 磨 刀 具 ；正 确 采 用 冷 却 润 滑 液 等 ；采 用 补 偿 装 置 对 刀 具 尺 寸 磨 损 进 行 自 动 补 偿 。 （ 二 ） 刀 具 的 几 何 误 差 减 少 刀 具 的 尺 寸 磨 损 的 途 径 2021-4-25 5 3.刀 具 的 安 装 误 差例 如 ： 精 车 螺 纹 表 面 时 ， 若 车 刀 安 装 偏 高 、 偏 低 或倾 斜 ， 也 都 会 带 来 螺 纹 面 的 形 状 误 差 。（ 二 ） 刀 具 的 几 何 误 差 2021-4-25 6 （ 三 ） 夹 具 的 几 何 误 差 一 、 工 艺 系 统 的 几 何 误 差 内 容 ： 工 件 的 定 位 误 差 、 夹 紧 变 形 误 差 、 夹 具的 安 装 误 差 、 分 度 误 差 和 夹 具 的 磨 损 等 。影 响 ： 主 要 影 响 工 件 被 加 工 表 面 的 位 置 精 度 ，其 次 影 响 尺 寸 精 度 和 形 状 精 度 。 2021-4-25 7 （ 三 ） 夹 具 的 几 何 误 差 一 、 工 艺 系 统 的 几 何 误 差 夹 具 上 直 接 影 响工 件 加 工 精 度 的 有 关尺 寸 的 制 造 公 差 一 般取 为 工 件 上 相 应 尺 寸公 差 的 1/2 1/5。 夹 具 的 几 何 误 差 对 工 件 的 加 工 精 度 的 影 响 夹 具 元 件 磨 损 将 使 夹 具 的 误 差 增 大 。 2021-4-25 8 一 、 定 位 误 差 因 定 位 不 准 确 而 引 起的 误 差 称 为 定 位 误 差 ， 以 dw 表 示 。 1） 定 位 基 准 与 工 序 基 准 不 重 合1、 定 位 误 差 产 生 的 原 因2） 定 位 副 制 造 不 准 确直 接 影 响 工 件 的 位 置 尺 寸 精 度 和 位 置 精 度（ 三 ） 夹 具 的 几 何 误 差 2021-4-25 9 2、 定 位 误 差 的 组 成1） 基 准 不 重 合 误 差 jb dbjbdw 其 大 小 等 于 工 序 基 准 相 对 定 位 基 准 在 工 序 尺 寸 方 向上 的 变 动 量 。定 位 基 准 与 工 序 基 准 不 重 合 所 产 生 的 定 位 误 差 。2） 定 位 副 制 造 不 准 确 误 差 db其 大 小 等 于 定 位 基 准 在 工 序 尺 寸 方 向 上 的 变 动 量 。定 位 元 件 制 造 不 准 确 所 产 生 的 定 位 误 差 。（ 三 ） 夹 具 的 几 何 误 差 2021-4-25 10 二 、 夹 紧 误 差 工 件 或 夹 具刚 度 过 低 或 夹 紧力 作 用 方 向 、 作用 点 选 择 不 当 ，都 会 使 工 件 或 夹具 产 生 变 形 ， 造成 加 工 误 差 。 （ 三 ） 夹 具 的 几 何 误 差 2021-4-25 11 2021-4-25 12 机 械 加 工 过 程 中 ， 机 床 、 刀 具 、 夹 具 、 工件 所 组 成 的 工 艺 系 统 并 非 纯 粹 刚 体 ， 在 切 削 力 、夹 紧 力 、 传 动 力 、 重 力 、 惯 性 力 等 外 力 作 用下 产 生 变 形 ， 从 而 破 坏 已 经 调 整 好 的 刀 具 和 工件 之 间 的 相 对 位 置 ， 产 生 加 工 误 差 。 例 如 细 长 轴 的 车 削 ， 在 切 削 力 作 用 下 使 工件 产 生 弯 曲 变 形 ， 车 完 后 工 件 呈 鼓 形 （ 两 头 小中 间 大 ） ； 磨 削 内 孔 时 ， 砂 轮 轴 弹 性 变 形 ， 使工 件 内 孔 出 现 锥 度 误 差 。三 、 工 艺 系 统 受 力 变 形 引 起 的 误 差 2021-4-25 13 四 、 工 艺 系 统 受 力 变 形 引 起 的 误 差 2021-4-25 14 四 、 工 艺 系 统 受 力 变 形 引 起 的 误 差 (一 ) 工 艺 系 统 刚 度1.工 艺 系 统 刚 度 切 削 力 和 该 力 方 向 上 所 引 起 的 刀 具 和 工 件 间 相 对变 形 位 移 的 比 值 ， 称 为 工 艺 系 统 刚 度 k系 （ N/mm） 。 k系 = Fp / y 2021-4-25 15工 件夹 具刀 具机 床系 yyyyy 工 件夹 具刀 具机 床系 kkkkk 11111 工 艺 系 统 在 某 一 位 置 受 力 作 用 产 生 的 变 形 量 等 于工 艺 系 统 各 组 成 环 节 在 此 位 置 受 该 力 作 用 产 生 的 变 形量 的 代 数 和 ， 即 工 艺 系 统 刚 度 主 要 取 决 于 薄 弱 环 节 的 刚 度 。 工 艺 系 统 刚 度 的 倒 数 等 于 系 统 各 组 成 环 节 刚 度 的倒 数 之 和 ， 即 (一 ) 工 艺 系 统 刚 度 工 艺 系 统 刚 度 的 计 算 2021-4-25 16 机 床 刚 度 对 加 工 精 度 的 影 响 （ 二 ） 工 艺 系 统 刚 度 对 加 工 精 度 的 影 响 lxyyyyyyy x 主 轴尾 座主 轴刀 架刀 架系 l xlFF P 主 轴 lxFF P尾 座 22 111 lxkl xlkkFyyy Px 尾 座主 轴刀 架刀 架系 假 设 加 工 精 度 只 受 机 床 刚 度 变 化 的 影 响 ， 且 工 件 为 绝 对 刚 体 。 2. 机 床 刚 度 2021-4-25 17 y min 尾 座主 轴刀 架系 kk FkF max 尾 座刀 架系 kFkFy pp pp 尾 座主 轴尾 座系系 kk FkFyy PP minmax由 于 工 艺 系 统 刚 度 随 刀 架 位 置 变 化 产 生 的 加 工 误 差 （ 二 ） 工 艺 系 统 刚 度 对 加 工 精 度 的 影 响 2021-4-25 18 2021-4-25 19 012 x y x 034 1 由 此 可 见 :头 架 (或 尾 座 )顶 尖 最 大 位 移 量 决 定 了 工 件 轴 线 的最 大 位 移 量 ；( )工 件 轴 线 的 最 小 位 移 量 发 生 在 处 ， 令 ( )= 求 得 ；（ ） 工 件 轴 线 的 最 大 位 移 量 与 最 小 位 移 量 之 差 为 由于 两 顶 尖 受 力 变 形 位 移 而 产 生 的 圆 柱 度 误 差 ；（ ） 当 头 架 与 尾 座 刚 度 相 同 即 ： 当 时 ， 误 差 最 小 ，可 见 机 床 各 部 分 刚 度 大 体 相 近 是 减 少 几 何 形 状 误 差 的重 要 途 经 之 一 。（ 二 ） 工 艺 系 统 刚 度 对 加 工 精 度 的 影 响 2021-4-25 20 (一 ) 工 艺 系 统 刚 度机 床 静 刚 度 的 测 定 （ 静 测 定 法 ） 尾 座主 轴刀 架机 床 尾 座主 轴刀 架系 刀 架刀 架 尾 座尾 座 主 轴主 轴 （ kkkk yyyy yFk yFk yFk ppp 4 14 111 )2122 机 床 刚 度 取 决 于 其 组 成 部 件的 刚 度 ， 并 主 要 取 决 于 薄 弱 部件 的 刚 度 ， 提 高 机 床 刚 度 要 从提 高 弱 刚 度 部 件 的 刚 度 入 手 。 2021-4-25 21 机 床 部 件 刚 度 分 析(一 ) 工 艺 系 统 刚 度1） 变 形 与 载 荷 不 成 线 性 关 系 ， 变 形 非 纯 粹 的 弹 性 变 形 ；2） 加 载 曲 线 和 卸 载 曲 线 不 重 合 ， 卸 载 曲 线 滞 后 于 加 载 曲 线 ， 能 量 消 耗 于 零 件 间 摩 擦 力 和 接 触 塑 性 变 形 所 做 的 功 ；3） 有 残 余 变 形 ， 反 复 加 载 卸 载 后 残 余 变 形 0；4） 部 件 实 测 刚 度 远 比 按 实 体 结 构 估 算 值 小 。图 中 第 一 次 加 载 时 刀 架 的 平 均 刚 度 值 约 为 4.6 103 N/mm，只 相 当 于 一 个 30mm 30mm 200mm 的 铸 铁 悬 臂 梁 的 刚 度 。 2021-4-25 22 工 件 变 形 引 起 的 加 工 误 差 l xxlEJFy P 223 工 22l3 xxl EJk 工 件 工 艺 系 统 刚 度 在 工 件 全 长 上 的 差 别 越 大 ，则 工 件 在 轴 截 面 内 的 几 何 形 状 误 差 也 越 大 。 当 刀 尖 处 于 工 件 中 间 位 置 时 ， 工 件 的 刚 度最 小 ， 变 形 最 大 。（ 二 ） 工 艺 系 统 刚 度 对 加 工 精 度 的 影 响 2021-4-25 23 2021-4-25 24 4.由 于 切 削 力 变 化 引 起 的 误 差 （ 二 ） 工 艺 系 统 刚 度 对 加 工 精 度 的 影 响ap1 y1 a p2 y 2毛 坯 外 形工 件 外 形误 差 复 映 现 象 ： 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 产 生 工 件 的 尺寸 误 差 和 形 状 误 差 。误 差 复 映 系 数由 于 毛 坯 存 在 圆 度 误 差 毛 a p1-ap2， 因 而 引 起 了 工 件 的圆 度 误 差 工 y1-y2， 毛 愈 大 ， 工 愈 大 ， 工 与 毛之 比 值 称 为 误 差 复 映 系 数 ， 它 是 误 差 复 映 程 度 的 度 量 。 2021-4-25 25 )( 21 2121 21 pp PPpp aak FFaa yy 系待 加 工 面已 加 工 面 系系 kCaak aaC pp pp )( )( 21 21 与 k系 成 反 比 ； 这 表 明 工 艺 系 统 刚 度 愈 大 ， 误 差 复映 系 数 愈 小 ， 加 工 后 复 映 到 工 件 上 的 误 差 值 就 愈 小 。 （ 二 ） 工 艺 系 统 刚 度 对 加 工 精 度 的 影 响 2021-4-25 26321 总 n 系系 kCaak aaC pp pp )( )( 21 21 由 于 yap， 所 以 ， 因 此 ， 经 过 n次 走 刀 后 ，误 差 复 映 系 数 降 到 很 小 的 数 值 ， 加 工 误 差 也 就降 到 允 许 的 范 围 内 。 多 次 切 削 总 的 复 映 系 数 4 由 于 切 削 力 变 化 引 起 的 误 差 （ 二 ） 工 艺 系 统 刚 度 对 加 工 精 度 的 影 响1 2021-4-25 27 2021-4-25 28 例 ： 一 个 工 艺 系 统 ， 其 误 差 复 映 系 数 为0.25， 工 件 在 本 工 序 前 的 圆 度 误 差 0.5mm，为 保 证 本 工 序 0.01mm的 形 状 精 度 ， 本 工序 最 少 走 刀 几 次 ？（ 二 ） 工 艺 系 统 刚 度 对 加 工 精 度 的 影 响解 ： 0.5 (0.25)n0.01 解 得 n=3 2021-4-25 29 5.传 动 力 、 惯 性 力 、 夹 紧 力 、 重 力 对 加 工精 度 的 影 响（ 1） 由 传 动 力 引 起 的 误 差 在 车 床 或 磨 床 上 加 工 轴 类 零 件 时 ， 常用 单 爪 拨 盘 带 动 工 件 旋 转 ， 传 动 力 在 拨 盘的 每 一 转 中 经 常 改 变 方 向 ， 其 在 y向 的 分 力有 时 和 切 削 力 同 向 ， 有 时 相 反 ， 造 成 圆 度误 差 。 5.传 动 力 、 惯 性 力 、 夹 紧 力 、 重 力 对 加 工 精 度 的 影 响 2021-4-25 30 (2)重 力 引 起 的 加 工 误 差 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 粱 的 变 形 ， 铣 镗 床 镗 杆 伸 长 而 下 垂 变 形等 ， 都 会 造 成 加 工 误 差 。 5.传 动 力 、 惯 性 力 、 夹 紧 力 、 重 力 对 加 工 精 度 的 影 响 2021-4-25 31 (3 ) 惯 性 力 引 起 的 加 工 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 。 离 心 力 在 工 件的 每 一 转 中 不 断 变 更 方 向 ， 当 不 平 衡 质 量 的 离 心 力大 于 切 削 力 时 ， 车 床 主 轴 轴 颈 和 轴 套 内 孔 表 面 的 接触 点 就 会 不 停 地 变 化 ， 轴 套 孔 的 圆 度 误 差 将 传 给 工件 的 回 转 轴 心 。 其 规 律 与 单 爪 拨 盘 传 动 时 传 动 力 的影 响 相 似 。 如 图 示 为 车 削 一 个 不 平 衡 工 件 时 的 情 况 。 5.传 动 力 、 惯 性 力 、 夹 紧 力 、 重 力 对 加 工 精 度 的 影 响 2021-4-25 32 工 件 质 量 中 心 距 理 想 回 转 中 心 距 离 为 ， 当 离 心 力 Q正 好 与 切 削 力 Py反 向 时 ， 把 工 件 推 向 刀 具 ， 工 件 中 心 o偏 离 理 想 中 心 o， 增 加 了 实 际 切 深 。 工 件 回 转 180 后 ，离 心 力 Q正 好 与 切 削 力 Py同 向 ， 把 工 件 推 离 刀 具 ， 工 件中 心 又 变 到 o” 点 ， 减 小 了 实 际 切 深 ， 从 而 产 生 工 件 的 圆度 误 差 和 相 互 位 置 误 差 。 2021-4-25 33 (4)夹 紧 力 引 起 的 加 工 误 差 被 加 工 工 件 在 装 夹 过 程 中 ， 由 于 刚 度 较 低 或 着 力 点 不当 ， 都 会 引 起 工 件 的 变 形 ， 造 成 加 工 误 差 。 特 别 是 薄 壁套 、 薄 板 等 零 件 ， 易 于 产 生 加 工 误 差 。 5.传 动 力 、 惯 性 力 、 夹 紧 力 、 重 力 对 加 工 精 度 的 影 响 2021-4-25 34 5.传 动 力 、 惯 性 力 、 夹 紧 力 、 重 力 对 加 工 精 度 的 影 响 2021-4-25 35 （ 二 ） 工 艺 系 统 刚 度 的 实 验 测 定 2021-4-25 36 （ 三 ） 减 小 工 艺 系 统 受 力 变 形 的 途 径 (1) 设 计 机 械 制 造 装 备 时 应 切 实 保 证 关 键 零 部 件 的 刚 度 在机 床 和 夹 具 中 应 保 证 支 承 件 （ 如 床 身 、 立 柱 、 横 梁 、 夹 具 体等 ） 、 主 轴 部 件 和 传 动 件 有 足 够 的 刚 度 。(2) 提 高 接 触 刚 度 提 高 接 触 刚 度 是 提 高 工 艺 系 统 刚 度 的 关 键 。减 少 组 成 件 数 ， 提 高 接 触 面 的 表 面 质 量 ， 均 可 减 少 接 触 变 形 ，提 高 接 触 刚 度 。 提 高 工 艺 系 统 薄 弱 环 节 的 刚 度 ， 能 取 得 事 半 功 倍 的 效 果 。 1. 提 高 工 艺 系 统 刚 度 2 减 小 切 削 力 及 其 变 化 (3) 采 用 合 理 的 装 夹 方 式 和 加 工 方 法 提 高 工 件 的 装 夹 刚 度 ，应 从 定 位 和 夹 紧 两 个 方 面 采 取 措 施 。 2021-4-25 37 工 艺 系 统 在 切 削 力 、 传 动 力 、 惯 性 力 、 夹 紧 力 以 及 重 力 的 作 用 下 ， 产 生 相 应 的 变 形 和 振动 ， 将 会 破 坏 刀 具 和 工 件 之 间 的 成 形 运 动 的 位 置 关 系 和 速 度 关 系 ， 影 响 切 削 运 动 的 稳 定 性， 从 而 产 生 各 种 加 工 误 差 和 表 面 粗 糙 度 。1 切 削 过 程 中 受 力 点 位 置 变 化 引 起 的 加 工 误 差 。切 削 过 程 中 ， 工 艺 系 统 的 刚 度 随 切 削 力 着 力 点 位 置 的 变 化 而 变 化 ， 引 起 系 统 变 形 的 差 异， 使 零 件 产 生 加 工 误 差 。 （ 1） 在 两 顶 尖 车 削 粗 而 短 的 光 轴 时 ， 由 于 工 件 刚 度 较 大 ， 在 切 削 力 作 用 下 的 变 形 ，相 对 机 床 、 夹 具 和 刀 具 的 变 形 要 小 得 多 ， 故 可 忽 略 不 计 。 此 时 ， 工 艺 系 统 的 总 变 形 完 全 取决 于 机 床 头 、 尾 架 （ 包 括 顶 尖 ） 和 刀 架 （ 包 括 刀 具 ） 的 变 形 。 工 件 产 生 的 误 差 为 双 曲 线 圆柱 度 误 差 。 （ 2） 在 两 顶 尖 间 车 削 细 长 轴 时 ， 由 于 工 件 细 长 ， 刚 度 小 ， 在 切 削 力 作 用 下 ， 其 变 形大 大 超 过 机 床 、 夹 具 和 刀 具 的 受 力 变 形 。 因 此 ， 机 床 、 夹 具 结 合 刀 具 承 受 力 变 形 可 忽 略 去不 计 ， 工 艺 系 统 的 变 形 完 全 取 决 于 工 件 的 变 形 。 工 件 产 生 腰 鼓 形 园 柱 度 误 差 。2 切 削 力 大 小 变 化 引 起 的 加 工 误 差 误 差 复 映工 件 的 毛 坯 外 形 虽 然 具 有 粗 略 的 零 件 形 状 ， 但 它 在 尺 寸 、 形 状 以 及 表 面 层 材 料 硬 度 上 都有 较 大 的 误 差 。 毛 坯 的 这 些 误 差 在 加 工 时 使 切 削 深 度 不 断 发 生 变 化 ， 从 而 导 致 切 削 力 的 变 化 ， 进 而 引 起 工 艺 系 统 产 生 相 应 的 变 形 ， 使 得 零 件 在 加 工 后 还 保 留 与 毛 坯 表 面 类 似 的 形 状或 尺 寸 误 差 。 当 然 工 件 表 面 残 留 的 误 差 比 毛 坯 表 面 误 差 要 小 得 多 。 这 种 现 象 称 为 “ 误 差 复映 规 律 ” ， 所 引 起 的 加 工 误 差 称 为 “ 复 映 误 差 ” 。除 切 削 力 外 ， 传 动 力 、 惯 性 重 力 、 夹 紧 力 等 其 它 作 用 力 也 会 使 工 艺 系 统 的 变 形 发 生 变 化， 从 而 引 起 加 工 误 差 ， 影 响 加 工 质 量 。 思 考 题例 题 ： 工 艺 系 统 受 力 变 形 对 加 工 精 度 有 何 影 响 ？ 2021-4-25 38 2021-4-25 39