机械制造工艺学四五章

机械制造工艺学王越机械工程学院第四章机械加工精度第一节第一节 概述概述 质量指标：加工精度，外表质量质量指标：加工精度，外表质量一、机械加工精度一、机械加工精度加工精度定义：实际加工精度定义：实际理想，几何参数的符合程度理想，几何参数的符合程度加工精度与加工误差：加工精度，符合程度；加工误差，偏差加工精度与加工误差：加工精度，符合程度；加工误差，偏差大小。大小。加工精度与经济性：加工精度高，本钱高，生产力低，加工精度与经济性：加工精度高，本钱高，生产力低，加工精度的内容：尺寸精度，形状精度，位置精度。加工精度的内容：尺寸精度，形状精度，位置精度。加工精度获得：尺寸精度：试切法，调整法，定尺寸刀具，加工精度获得：尺寸精度：试切法，调整法，定尺寸刀具，自动控制法；自动控制法；形状精度：机床精度，刀具精度保证；形状精度：机床精度，刀具精度保证；位置精度：机床精度，夹具精度，安装精度。位置精度：机床精度，夹具精度，安装精度。二、加工误差来源和原始误差二、加工误差来源和原始误差二、加工误差来源和原始误差二、加工误差来源和原始误差工艺系统：机床，夹具，刀具，工件工艺系统：机床，夹具，刀具，工件工艺系统：机床，夹具，刀具，工件工艺系统：机床，夹具，刀具，工件原始误差：工艺系统误差。原始误差：工艺系统误差。原始误差：工艺系统误差。原始误差：工艺系统误差。原始误差来源：原始误差来源：原始误差来源：原始误差来源：工艺系统本身工艺系统本身工艺系统本身工艺系统本身加工原理误差，机床、夹具、刀具加工原理误差，机床、夹具、刀具加工原理误差，机床、夹具、刀具加工原理误差，机床、夹具、刀具制造误差，工件装夹误差制造误差，工件装夹误差制造误差，工件装夹误差制造误差，工件装夹误差.加工过程中出现加工过程中出现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。力、热、振动、磨损等。力、热、振动、磨损等。三、误差的敏感方向敏感方向：原始误差产生在加工外表的法线方向；不敏感方向：原始误差产生在加工外表的切线方向。图6-1：误差敏感方向四、误差的性质和分类(一系统性误差常值系统性误差：加工误差的大小和方向几乎不变。变值系统性误差：加工误差的大小和方向按一定规律变化。二随机误差：加工误差的大小和方向不规那么变化。第二节工艺系统的几何误差第二节工艺系统的几何误差一、加工原理误差一、加工原理误差A A、加工原理：、加工原理：加工零件外表时，工件和刀具之间的运动联系。如加工零件外表时，工件和刀具之间的运动联系。如螺纹加工，齿轮加工。螺纹加工，齿轮加工。成形刀具加工成形外表也存在加工误差，如滚刀，成形刀具加工成形外表也存在加工误差，如滚刀，齿形齿形-阿基米德代替渐开线；齿数有限代替无限光阿基米德代替渐开线；齿数有限代替无限光滑。滑。B B、加工原理误差：、加工原理误差：是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓代替是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓代替理论的成形运动或理论的成形运动或刀刃形状进行加工面产生的误差。刀刃形状进行加工面产生的误差。二、工艺系统的制造误差及磨损二、工艺系统的制造误差及磨损一、机床误差一、机床误差 来源：制造、安装、磨损。来源：制造、安装、磨损。1 1、机床主轴回转误差、机床主轴回转误差 定义：主轴实际定义：主轴实际-理想轴线理想轴线-平均回转轴线。平均回转轴线。、回转误差类型图、回转误差类型图6-26-2：主轴回转误差的根本类型：主轴回转误差的根本类型纯轴向窜动：主轴瞬时回转轴线沿平均回转轴线作直线运动。纯轴向窜动：主轴瞬时回转轴线沿平均回转轴线作直线运动。左右螺旋面左右螺旋面-垂直度误差垂直度误差图图6-36-3：主轴纯轴向窜动：主轴纯轴向窜动纯径向圆跳动：主轴瞬时回转轴线平行于平均回转轴线作运动。纯径向圆跳动：主轴瞬时回转轴线平行于平均回转轴线作运动。车，无影响；镗，椭圆，圆度误差。车，无影响；镗，椭圆，圆度误差。图图6-46-4：主轴纯径向圆跳动对镗孔精度的影响：主轴纯径向圆跳动对镗孔精度的影响 纯角度摆动：纯角度摆动：情况一，平面摆动：主轴轴线在某一平面内在平均轴线附近作纯角度摆情况一，平面摆动：主轴轴线在某一平面内在平均轴线附近作纯角度摆动。动。车，圆；镗车，圆；镗，椭圆。，椭圆。图图6-56-5：主轴纯角度摆动的第一种情况：主轴纯角度摆动的第一种情况情况二，锥角摆动：主轴；轴线绕其平均轴线沿圆锥轨迹公转。情况二，锥角摆动：主轴；轴线绕其平均轴线沿圆锥轨迹公转。车，圆；镗；椭圆工件进给，工作台进给不同。车，圆；镗；椭圆工件进给，工作台进给不同。图图6-66-6：主轴纯角度摆动的第二种情况：主轴纯角度摆动的第二种情况、影响主轴回转精度因素、影响主轴回转精度因素图图6-76-7：主轴采用滑动轴承的径向圆跳动：主轴采用滑动轴承的径向圆跳动轴承误差：轴承误差：滑动轴承：车、磨类：轴颈误差为主，轴承孔无影响；滑动轴承：车、磨类：轴颈误差为主，轴承孔无影响；镗类：轴颈无影响，轴承孔为主。镗类：轴颈无影响，轴承孔为主。滚动轴承：车、磨类：内圈滚道、滚动体为主；滚动轴承：车、磨类：内圈滚道、滚动体为主；镗，外圆滚道、滚动体。镗，外圆滚道、滚动体。推力轴承：轴向窜动。推力轴承：轴向窜动。向心推力：轴向窜动，径向跳动。向心推力：轴向窜动，径向跳动。工件回转类机床工件回转类机床-运动部件；运动部件；刀具回转类机床刀具回转类机床-固定部件。固定部件。轴承间隙轴承间隙-影响大而复杂。影响大而复杂。零件精度和装配质量：零件精度和装配质量：轴颈孔易引起内外圈滚道变形，从而影响回转精度。轴颈孔易引起内外圈滚道变形，从而影响回转精度。、提高主轴回转精度的措施、设计和制造高精度的主轴部件关键：高精度滚动轴承多油楔动压轴承和静压轴承相关零件主轴轴颈，箱体支承孔，轴承配合零件装配：调整轴承的径向圆跳动，补偿，抵消。、对滚动轴承预紧、使回转精度不依赖于主轴转移误差-用夹具镗孔、磨外圆。图6-8：用死顶尖支承磨外圆、机床导轨误差、机床导轨误差、机床导轨误差对加工精度的影响、机床导轨误差对加工精度的影响图图6-96-9：导轨的直线度误差：导轨的直线度误差 图图6-106-10：导轨误差对车削圆柱面精度的影响：导轨误差对车削圆柱面精度的影响、在水平面内的直线度误差，、在水平面内的直线度误差，是敏感方向，那么影响尺寸误差和形状误差。如车、磨床。是敏感方向，那么影响尺寸误差和形状误差。如车、磨床。2 2、垂直面内的直线度误差：、垂直面内的直线度误差：车、磨床：非敏感方向，影响很少；车、磨床：非敏感方向，影响很少；铣、刨、平磨、转塔车：敏感方向，影响大尺寸、形状。铣、刨、平磨、转塔车：敏感方向，影响大尺寸、形状。图图6-116-11：车床导轨扭曲引起的加工误差：车床导轨扭曲引起的加工误差3 3、前后导轨平行度扭曲：、前后导轨平行度扭曲：分解为水平方向和垂直方向分量：产生形状误差，分解为水平方向和垂直方向分量：产生形状误差，导轨误差除导轨本身制造误差外，磨损不匀，安装等都有影导轨误差除导轨本身制造误差外，磨损不匀，安装等都有影响。响。、提高直线运动精度的措施、选用合理的导轨形状和导轨组合形式，合理的形状参数，如90双三角形。、提高精度：加工精度，配合精度、减少磨损：静压导轨，贴塑导轨。、机床的传动链误差图6-12：丝杠车床传动系统、传动链误差：始末两端传动元件间相对运动误差。、以末端传角误差评定、减少传动链误差措施：减少元件，提高元件精度，降速比递增，误差校正。二刀具误差刀具误差主要是刀具的制造误差和磨损。1、定尺寸刀具：形状精度尺寸精度2、成形刀具：形状精度制造精度3、展成刀具：形状精度4、单刃刀具：磨损-尺寸、形状精度。三、定位误差与夹具误差三、加工尺寸的调整及调整误差三、加工尺寸的调整及调整误差一试切法：一试切法：1 1测量误差测量误差 2 2微量进给精度微量进给精度3 3切削层厚度的影响切削层厚度的影响 二调整法加工：二调整法加工：1 1定程机构的误差定程机构的误差 2 2样件或样板的误差样件或样板的误差 3 3调整尺寸的误差。调整尺寸的误差。第三节第三节第三节第三节 工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形工艺系统的受力变形一、刚度的概念一、刚度的概念一、刚度的概念一、刚度的概念一工艺系统的静刚度一工艺系统的静刚度一工艺系统的静刚度一工艺系统的静刚度a a、刚度原始定义、刚度原始定义、刚度原始定义、刚度原始定义=y/y/b b、工艺系统刚度、工艺系统刚度、工艺系统刚度、工艺系统刚度 xtxtp p 特点：相同作用力与位移之比特点：相同作用力与位移之比特点：相同作用力与位移之比特点：相同作用力与位移之比不同所产主的位移，不只是作用力本身引不同所产主的位移，不只是作用力本身引不同所产主的位移，不只是作用力本身引不同所产主的位移，不只是作用力本身引起的也包括其它不同方向作用力共起的也包括其它不同方向作用力共起的也包括其它不同方向作用力共起的也包括其它不同方向作用力共同作用的结果同作用的结果同作用的结果同作用的结果c c、负刚度的概念、负刚度的概念、负刚度的概念、负刚度的概念d d、工艺系统刚度的组成、工艺系统刚度的组成、工艺系统刚度的组成、工艺系统刚度的组成 e e、接触刚度、接触刚度、接触刚度、接触刚度j=dp/dyj=dp/dy二、机床静刚度的测定图6-13：车床刀架的静刚度特性曲线、单向静载测力法、三向静刚度测定法。、工作状态测定法三、影响部件刚度的主要因素、连接外表间的接触变形。、薄弱零件本身的变形图6-14：部件中的薄弱环节、摩擦力的影响、间隙的影响。二、工艺系统受力变形对加工精度影响 图6-15：车削时的误差复映 一、总切削力大小变化对加工精度的影响毛坯复映 二、总切削力作用点位置变化引起工件的形状误差图6-16：切削力位置变化引起工艺系统的变形1、机床的变形在两顶尖间车削短而粗的光轴2、工件的变形车削细长轴图6-17：车削细长轴时工件的变形3、工艺系统的总变形图6-18：工艺系统受力变形随总切削力作用点位置变化的几个例子三工艺系统中其它作用力引起的变形对加工精三工艺系统中其它作用力引起的变形对加工精度的影响度的影响夹紧力的影响图夹紧力的影响图6-196-19：套筒夹紧变形误差：套筒夹紧变形误差自重影响图自重影响图6-206-20：机床部件自重引起的：机床部件自重引起的误差误差传动力和惯性力传动力和惯性力三、剩余应力对加工精度的影响三、剩余应力对加工精度的影响一毛坯制造和热处理过程产生的剩余应力。一毛坯制造和热处理过程产生的剩余应力。图图6-216-21：床身铸件的剩余应力用加：床身铸件的剩余应力用加工后的变形工后的变形二冷校直带来的剩余应力图二冷校直带来的剩余应力图6-226-22：冷校：冷校直引起的剩余应力直引起的剩余应力三切削加工带来的剩余应力。三切削加工带来的剩余应力。四、减少工艺系统受力变形的措施四、减少工艺系统受力变形的措施四、减少工艺系统受力变形的措施四、减少工艺系统受力变形的措施一、提高工艺系统刚度一、提高工艺系统刚度一、提高工艺系统刚度一、提高工艺系统刚度、合理的结构设计、合理的结构设计、合理的结构设计、合理的结构设计、提高零件连接外表的接触刚度、提高零件连接外表的接触刚度、提高零件连接外表的接触刚度、提高零件连接外表的接触刚度提高配合外表质量提高配合外表质量提高配合外表质量提高配合外表质量在接触面间预加载荷在接触面间预加载荷在接触面间预加载荷在接触面间预加载荷合理使用，消除间隙，减小悬伸量合理使用，消除间隙，减小悬伸量合理使用，消除间隙，减小悬伸量合理使用，消除间隙，减小悬伸量、设置辅助支承、提高刚度、减少变形、设置辅助支承、提高刚度、减少变形、设置辅助支承、提高刚度、减少变形、设置辅助支承、提高刚度、减少变形、采用合理的装夹和加工方式图、采用合理的装夹和加工方式图、采用合理的装夹和加工方式图、采用合理的装夹和加工方式图6-236-23：铣：铣：铣：铣角铁形零件的两种装夹方式角铁形零件的两种装夹方式角铁形零件的两种装夹方式角铁形零件的两种装夹方式二、合理安排工艺路线二、合理安排工艺路线二、合理安排工艺路线二、合理安排工艺路线三、减小载荷及其变化三、减小载荷及其变化三、减小载荷及其变化三、减小载荷及其变化第四节第四节工艺系统的热变形工艺系统的热变形一、工艺系统的热源及传递一、工艺系统的热源及传递热源热源 内部热源：切削热内部热源：切削热:一般一般4 46h6h；磨擦热磨擦热:散出平衡，中小精密，散出平衡，中小精密，1 12h2h；大型精度，；大型精度，12h12h。外部热源：环境温度；外部热源：环境温度；辐射热，。辐射热，。二、机床热变形及其对加工精度的影响二、机床热变形及其对加工精度的影响机床：电气；液压；摩擦；切削；环境机床：电气；液压；摩擦；切削；环境-各局部受热不同，各局部受热不同，形成温差形成温差-变形膨胀不一致变形膨胀不一致原几何精度原几何精度工件加工精度。工件加工精度。图图6-246-24：几种类型的机床热变形：几种类型的机床热变形 一、车、铣、钻、镗，机床的主要热源及其加工精度影响一、车、铣、钻、镗，机床的主要热源及其加工精度影响主要热源电，摩擦主要热源电，摩擦主轴箱主轴倾斜主轴箱主轴倾斜床身立柱导轨上凸。床身立柱导轨上凸。二、磨床类机床的热变形二、磨床类机床的热变形液压系统液压系统-油池油池高速磨头高速磨头-砂轮架、工件头架，砂轮架、工件头架，冷却液磨削热冷却液磨削热-床身，床身，外圆磨床：外圆磨床：砂轮架砂轮架倾斜倾斜工件直径；工件直径；工件头架工件头架倾斜倾斜锥度锥度平面磨床：平面磨床：砂轮架砂轮架立柱；立柱；液压液压油池油池床身内，下高，中凹；床身内，下高，中凹；导轨导轨 床身外，上高，中凸。床身外，上高，中凸。双端面磨床：双端面磨床：砂轮架，砂轮架，冷却液冷却液床身中部床身中部中凸中凸端面倾斜。端面倾斜。三、大型机床热变形三、大型机床热变形龙门铣、刨、磨床龙门铣、刨、磨床床身：导轨面磨擦，床身：导轨面磨擦，环境温度，环境温度，辐射。辐射。三、工件热变形及其对加工精度影响三、工件热变形及其对加工精度影响切削热：切削热：车、铣、刨、镗、拉：车、铣、刨、镗、拉：10%10%；钻：钻：58%58%；磨：磨：84%84%图图6-256-25：工件单面受热时弯曲变形计算：工件单面受热时弯曲变形计算 四、刀具热变形及其对加工精度的影响四、刀具热变形及其对加工精度的影响图图6-266-26：车刀热变形：车刀热变形 连续工作，连续工作，间隙工件，间隙工件，冷却。冷却。五、减少和控制工艺系统热变形的主要途径五、减少和控制工艺系统热变形的主要途径一、合理的结构设计一、合理的结构设计1 1、热对称结构图、热对称结构图6-276-27：加工中心机床立柱：加工中心机床立柱的热变形比较的热变形比较2 2、合理的装配基准图、合理的装配基准图6-286-28：车床主轴定位面位：车床主轴定位面位置对热变形的影响置对热变形的影响3 3、均衡温度场图、均衡温度场图6-296-29：均衡立柱前后壁的：均衡立柱前后壁的温度场温度场图图6-306-30：71507150型磨床的热补偿油沟型磨床的热补偿油沟二、隔热和冷却二、隔热和冷却、别离减小热源：电动机，变速箱，液压，、别离减小热源：电动机，变速箱，液压，冷却系移出。冷却系移出。、隔离热：用隔热材料，阻挡热源传热。、隔离热：用隔热材料，阻挡热源传热。、润滑：改善磨擦，减少发热。、润滑：改善磨擦，减少发热。、散热，冷却：带走热量。、散热，冷却：带走热量。三、保持热平衡状态三、保持热平衡状态 空转加热，空转加热，人为加热人为加热四、控制环境温度四、控制环境温度 怛温。怛温。第五章机械加工外表质量第一节概述一、机械加工外表质量含义一加工外表的集合形状特征二加工外表层的物理力学性能的变化二、机械加工外表质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响第二节外表粗糙度及其降低的工艺措施一、切削加工二、磨削加工三、超精研、研磨、珩磨和抛光加工