13影响加工精度的因素(刀夹具)课件

*,*,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。,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,11/11/2024,1,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,11/11/2024,2,（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,NB,0,初期磨损量,K,NB,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,11/11/2024,3,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,11/11/2024,4,3.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,11/11/2024,5,（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。,11/11/2024,6,（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1/21/5。,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。,11/11/2024,7,一、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,11/11/2024,8,2、定位误差的组成,1）基准不重合误差,jb,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,11/11/2024,9,二、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,11/11/2024,10,11/11/2024,11,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,11/11/2024,12,四、工艺系统受力变形引起的误差,11/11/2024,13,四、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,=,F,p,/y,11/11/2024,14,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,11/11/2024,15,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,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,11/11/2024,16,+,+,=,y,min,尾座,主轴,刀架,系,k,k,F,k,F,+,=,max,尾座,刀架,系,k,F,k,F,y,p,p,p,p,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,11/11/2024,17,11/11/2024,18,（二）工艺系统刚度对加工精度的影响,11/11/2024,19,(一)工艺系统刚度,机床静刚度的测定（静测定法）,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。,11/11/2024,20,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,4.6103 N/mm，,只相当于一个 30mm30mm200mm 的铸铁悬臂梁的刚度。,11/11/2024,21,3.,工件变形引起的加工误差,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,11/11/2024,22,11/11/2024,23,4.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,a,p,1,y,1,a,p,2,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,-a,p2,，因而引起了工件的圆度误差,工,y,1,-y,2,，,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。,11/11/2024,24,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,11/11/2024,25,由于,y,a,p，,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,11/11/2024,26,11/11/2024,27,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),n,0.01 解得 n=3,11/11/2024,28,5.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,11/11/2024,29,(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,11/11/2024,30,(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,11/11/2024,31,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。,11/11/2024,32,(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,11/11/2024,33,5.传动力、惯性力、夹紧力、重力对加工精度的影响,11/11/2024,34,（二）工艺系统刚度的实验测定,11/11/2024,35,（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。,11/11/2024,36,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？,11/11/2024,37,11/11/2024,38,11/11/2024,39,