工艺系统的几何精度对加工精度的影响

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二节 工艺系统的几何精度对加工精度的影响,一、加工原理误差,加工原理误差是由于采用了近似的切削刃轮廓或近似的成形运动进行加工而产生的误差。,1.,由于采用了刀刃形状近似的刀具来加工所造成的误差,1,）用,滚刀,切削渐开线齿轮（,展成法,）,滚刀应为一渐开线蜗杆，但为了滚刀的制造方便，多用阿基米德蜗杆来代替，从而在加工原理上产生了误差。,渐开线蜗杆 阿基米德蜗杆,一、加工原理误差,1.,由于采用了形状近似的刀具来加工所造成的误差,2,）,用,模数铣刀,加工渐开线齿轮,(,成形法,),同一模数不同齿数的齿轮应有相应的模数铣刀进行加工，实际上是用一把模数铣刀加工同一模数一定范围齿数的齿轮，如下表。,为避免齿轮啮合时的干涉，每一刀号的模数铣刀都按最少齿数的齿形设计，因此在齿形上对加工其他齿数齿轮时就会产生齿形误差。,一、加工原理误差,2,）用展成法切削齿轮,2.,由于采用了近似的成形运动方法所造成的误差,1),数控加工曲线和曲面,“,行切法,”,加工曲面,用直线逼近曲线,滚刀是断续切削，齿形由各个刀齿轨迹的包络钱形成，是一条近似拆线。,一、加工原理误差,2.,由于采用了近似的加工运动方法所造成的误差,3,）用近似传动比切削螺纹,如车削一模数,m,为,2,的蜗杆，则,t=,m=6.2831854mm,，,(,=3.1415927),；,若所用车床有四个配换齿轮,a,、,b,、,c,及,d,，,丝杠的导程,t,丝,=6mm,，,所选配换齿轮齿数分别为,26,、,24,、,29,及,30,，则算出所加工模数蜗杆的实际导程,每一导程相差,:,t=t,实,-t=6.2833333-6.2831854=0.0001479,若被车蜗杆长度为,100mm,，,则导程累积误差则为,在车削或磨削模数螺纹时，模数螺纹的导程,:,t,=,m,二、调整误差,1.,试切法调整,指对被加工零件调整,试切,度量,调整,再试切，直至调整到所要求的精度，在这个过程中误差的来源有：,（,1,）测量误差,（,2,）机床进给机构的位移误差,量具本身的精度、测量方法或使用条件下的误差。,当试切最后一刀时，会出现进给机构的,爬行,现象，使刀具的实际位移与刻度盘的显示值不一致，造成加工误差。,正式切削时切除的金属层厚度与试切时不一致，,精加工,时实际切深,加大,，,粗加工,实际切深,减小,，造成工件的尺寸误差。,（,3,）试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响,第二节 工艺系统的几何精度对加工精度的影响,二、调整误差,按规定的尺寸调整好机床、夹具、刀具和工件的相对位置及进给行程，加工时自动获得尺寸，加工过程不再进行试切，生产率高，但精度低些，主要决定于机床、夹具的精度和调整误差。,调整法对工艺系统进行调整时，以试切为依据，因此影响试切法精度的因素对调整法也有影响。影响因素还有,:,1,）定程机构误差,2,）样件或样板的误差,3,）测量有限试件造成的误差,2.,调整法,二、调整误差,调整误差的控制方法,：,1,）为保证尺寸测量精度，应合理选择和使用测量工具并采用正确的测量方法。,2,）为提高微量进给精度，应提高进给机构的传动刚度，减少进给机构各传动副之间的摩擦力和静动摩擦系数差，并合理布置进给机构中传动丝杠的位置。,3,）极限厚度主要取决于刀具和磨料的刃口半径。因此，切削时要尽可能选择可获得较小切削刃口半径的刀具材料，如金刚石和碳素工具钢等，并要精细研磨。另外，还应提高刀具的刚度；磨削时应尽量选取粒度大的磨粒。,4,）工件的定位精度的控制参见第六章。刀具的调整精度可通过提高进给机构的重复定位精度和采用按多件试切平均尺寸调刀的方法来保证。,三、机床误差,（一）机床导轨导向误差,机床导轨的导向精度指导轨副的运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度，这两者之间的偏差值称为,导向误差,。,在机床的精度标准中，直线导轨的导向精度一般包括：,导轨在水平面内的直线度,导轨在垂直面内的直线度,前后导轨的平行度（扭曲）,导轨对主轴回转轴线的平行度,（或垂直度）,第二节 工艺系统的几何精度对加工精度的影响,引起机床误差的原因是机床的制造误差、安装误差和磨损。机床误差较多，着重分析对工件加工精度影响较大的,导轨导向误差、主轴回转误差、传动链的传动误差。,三、机床误差,（一）机床导轨导向误差,1),导轨在水平面内的直线度,(,弯曲,),2),导轨在垂直面内的直线度,(,弯曲,),工件半径方向误差,R,y,y,轴向截面圆柱度误差,R,max,y,max,y,min,1,导轨导向精度对加工精度的影响,主要考虑导轨误差引起刀具与工件在误差敏感方向的相对位移。如车床：,因,Rz,为,z,的二次方误差，可忽略不计。车床导轨在垂直内的直线度对加工精度的影响较小,工件半径方向上的误差,（一）机床导轨导向误差,1,导轨导向精度对加工精度的影响,3),前后导轨的平行度,(,扭曲,),则某一截面内，工件半径误差：,使刀架产生倾斜，右图几何关系：,若：,如果,=0.lmm,，,H=200mm,，,B=400mm,，则,R=0.05mm,，,因此导轨扭曲量引起的加工误差不可忽略。当很小时，该误差不显著。,（一）机床导轨导向误差,4),导轨对主轴回转轴线的平行度,车床导轨对主轴回转轴线的平行度（或垂直度）误差，会引起工件在半径方向上误差，在轴向截面产生圆柱度误差。,从上可知，,对于车床，导轨导向误差使工件产生,圆柱度误差,，但不会产生,圆度误差,。,1,导轨导向精度对加工精度的影响,垂直安装刀具的机床，如刨床、导轨磨床、转塔车床上的垂直刀具等，床身导轨在在垂直面内的直线度误差将引起工件加工表面的直线度及平面度误差。此类机床误差敏感方向为,垂直方向,。,导轨导向误差对其它类机床的影响,（一）机床导轨导向误差,1,导轨导向精度对加工精度的影响,在,镗床上镗孔,时，加工表面的法线方向是不断变化的，因此,镗床误差敏感方向是随主轴回转而变化的,，导轨在水平面及垂直面内的直线度误差均直接影响加工精度。,镗刀杆为进给方式,进行镗削，导轨不直、扭曲或与镗杆轴线不平行等误差，,镗出的孔与其基准有相互位置误差,，但不会产生孔的形状误差。,工作台进给,，导轨不直、扭曲，都会引起所加工孔的轴线不直；当导轨与主轴回转轴线不平行时，,镗出的孔呈椭圆,。,导轨导向误差对其它类机床的影响,（一）机床导轨导向误差,2,影响机床导轨导向误差的因素,1,）机床制造误差,2,）机床安装误差,机床安装不正确引起的导轨误差，往往大于制造误差,3,）导轨磨损,三、机床误差,（二） 机床主轴的回转误差,1,主轴回转误差的基本概念,主轴回转误差,指主轴实际回转轴线对其理想回转轴线的漂移。常以平均回转轴线来代替理想回转轴线。,机床主轴是用来装夹工件或刀具并传递主要切削运动，其回转精度主要影响零件加工表面的几何形状精度、位置精度和表面粗糙度,.,主轴回转轴线的运动误差可分解为：,径向圆跳动、轴向圆跳动,（轴向窜动）和,倾角摆动,（二） 机床主轴的回转误差,主轴的轴向圆跳动对加工精度的影响,主轴的轴向圆跳动对圆柱面的加工精度没有影响，但在加工端面时，会使车出的端面与圆柱面不垂直。,若在车床加工端面，如果主轴回转一周，来回跳动一次，则加工出的端面近似为螺旋面；车削螺纹时，主轴的轴向圆跳动将使螺距产生周期误差。,2,主轴回转误差对加工精度的影响,取决于不同截面内主轴瞬时回转轴线相对于刀尖位置的变化情况。对于不同的加工方法和不同形式的主轴，回转误差所造成的加工误差通常不同。,（二） 机床主轴的回转误差,镗刀镗出的孔是椭圆形，其圆度误差为,A,2,主轴回转误差对加工精度的影响,主轴的径向圆跳动对加工精度的影响,主轴的径向圆跳动会使工件产生,圆度误差,，但径向圆跳动的方式和规律不同，加工方法不同（如车削和镗削），对加工精度影响也不同。,镗床镗孔,：,刀具回转，工件不转。假设主轴回转中心在,y,坐标方向上作简谐直线运动，其频率与主轴转速相同，振幅为,A,。,z,2,主轴回转误差对加工精度的影响,主轴的径向圆跳动对加工精度的影响,车削,：当工件旋转而刀具不动，若主轴径向圆跳动规律同前，则车削得到的工件表面接近于,正圆,。,虽然车削时，主轴径向圆跳动对工件的圆度误差影响较小，但由于是误差敏感方向，故一般精密车床的主轴径向圆跳动误差应控制在,5m,以内。,倾角摆动,不仅影响工件加工表面的圆度误差，而且影响加工表面的圆柱度误差。例如车削，当主轴发生倾角摆动时，主轴回转轴线的位置在轴向和径向都相对于刀具产生变化，从而影响了工件的圆度及圆柱度。,需指出，主轴实际工作时其回转轴线的漂移运动通常是上述三种形式误差运动的合成，故由此而引起的加工误差很复杂，即有圆度误差，也有圆柱度误差，还有端面的形状误差。,（二） 机床主轴的回转误差,3,影响主轴回转精度的主要因素,1,）轴承误差的影响,滑动轴承误差对主轴回转精度的影响,轴承误差主要来源于,主轴轴颈和轴承孔的圆度误差和波度,.,工件回转类机床,，切削力的方向大体不变，主轴在切削力作用下，主轴轴颈以不同部位和轴承孔的某一固定部位相接触。影响主轴回转精度的主要是,主轴轴颈的圆度和波度,，而轴承孔的形状误差影响较小。,若主轴轴颈是椭圆度的，主轴每回转一周，主轴回转轴线就圆跳动两次；主轴轴颈表面如有波度，主轴回转时将产生高频的径向圆跳动。,3,影响主轴回转精度的主要因素,1,）轴承误差的影响,滑动轴承误差对主轴回转精度的影响,刀具回转类机床,，切削力的方向将随着主轴的回转而变化，主轴轴颈在切削力作用下总是以某一固定部位与轴承孔内表面的不同部位接触。此时，,对主轴回转精度影响较大的是轴承孔的圆度。,如果轴承孔是椭圆形的，则主轴每回转一周，就径向圆跳动一次；轴承内孔表面如有波度，主轴将产生高频的径向圆跳动。,3,影响主轴回转精度的主要因素,1,）轴承误差的影响,滚动轴承误差对主轴回转精度的影响,主轴采用滚动轴承时，滚动轴承的内圈、外圈和滚动体本身的几何精度将影响主轴回转精度。分析时可视滚动轴承的外圈滚道相当于轴承孔，滚动轴承的内圈滚道相当于轴颈。,工件回转类机床,，滚动轴承的内圈滚道圆度对主轴回转精度的影响较大；,刀具回转类机床,，滚动轴承的外圈滚道圆度对主轴回转精度的影响较大；滚动轴承的内、外圈滚道若有波度，则无论工件回转类机床还是刀具回转类机床将引起主轴产生高频的径向圆跳动。,滚动体的形状精度和尺寸一致性会造成主轴回转的径向圆跳动。,3,影响主轴回转精度的主要因素,1,）轴承误差的影响,滚动轴承误差对主轴回转精度的影响,另：主轴的,轴向圆跳动,决定于轴承承载端面和主轴轴颈的轴向承载面这两者中精度较高的一个，只要两者中有一个精度非常高，则主轴的轴向圆跳动就可以非常小。,在加工中，保证轴的端面垂直度比保证孔的端面垂直度要容易些，因此多将轴的端面垂直度加工得精度更高些，以保证主轴轴向窜动的要求。,3,）与轴承配合的零件误差的影响,4,）主轴转速的影响,5,）主轴系统的径向不等刚度和热变形,3,影响主轴回转精度的主要因素,1,）提高主轴部件的制造精度,2,）对滚动轴承进行预紧,3,）使主轴的回转误差不反映到工件上,4,提高主轴回转精度的措施,2,）轴承间隙的影响,（三）机床传动链的传动误差,指内联系传动链中首末两端传动元件间相对运动的误差。工件和刀具运动有严格内在联系的加工表面，如车螺纹、滚齿、蜗轮以及按展成原理加工等，它是影响加工精度的主要因素。 如滚切齿轮，要求滚刀和工件的转速比恒定，比值为,：,若滚刀等速转动，若齿轮,z,1,有转角误差，其它传动件无误差，则传到传动链终端零件转角误差为：,k,1,为误差传递系数，若,k,1,1,，则误差扩大；若,k,1,1,，则误差缩小,四、 夹具的制造误差与磨损,第二节 艺系统的几何精度对加工精度的影响,1,定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等的制造误差；,2,夹具装配后，以上各种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,五 、刀具的制造误差与磨损,第二节 工艺系统的几何精度对加工精度的影响,刀具误差包括刀具的制造误差、安装误差和磨损。它对加工精度的影响，根据刀具的种类不同而异。,在切削过程中，刀具会逐步磨损，使原有形状和尺寸发生变化，由此引起工件尺寸和形状误差。在加工工件较大或一次走刀需较长时间时，对尺寸精度发生较大的影响；用调整法加工一批工件时，刀具的磨损会扩大工件尺寸的分散范围。,总 结,工艺系统原有误差对加工精度的影响,1.,影响尺寸精度的主要因素：,尺寸测量精度、微量进给精度、微薄切削层的极限厚度和工件的定位及刀具的调整精度。,2.,影响形状精度的主要因素：,主轴回转精度、工件回转精度和移动部件的直线运动精度；成形运动间位置关系精度、速度关系精度；成形刀具的制造和安装精度；加工表面形状的检测精度等。,3.,影响位置精度的主要因素：,采用一次装夹和直接装夹，工件加工的位置精度主要受机床几何精度的影响；采用找正装夹为工件安装的找正精度；采用夹具装夹为机床几何精度、夹具制造精度、夹具定位精度或找正精度；采用非成形运动法加工时为工件加工表面间位置的检测精度。,课堂练习,课堂练习,铣 齿,滚齿,主运动：滚刀旋转。,分齿运动：,垂直进给运动：切出整个齿宽；,径向进给运动：切出整个齿深。,龙门刨床,