机械加工精度及其控制课件.ppt
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- 机械 加工 精度 及其 控制 课件
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1、123 尺寸精度形状精度位置精度(通常形状误差限制在位置公差内,位置公差限制在尺寸公差内)表面粗糙度波度纹理方向伤痕(划痕、裂纹、砂眼等)加工精度表面质量表面几何形状精度表面缺陷层表层加工硬化表层金相组织变化表层残余应力加工质量包含的内容4加工精度:零件加工后实际几何参数与理想几何参数(尺寸、形状和表面间的相互位置)符合程度加工误差:零件的实际几何参数与理想几何参数的偏差。q 两者关系两者关系:q加工精度的合理制定加工精度的合理制定:一般加工精度越高则加工成本相对越高,生产效率则相对越低,因此设计人员应根据零件的使用要求,合理规定零件的加工精度,工艺人员则根据设计要求生产条件适当的工艺方法以保
2、证加工误差不超过允许范围,并尽量提高生产率和降低成本。两者从不同角度来评定加工零件的几何参数。加工精度的高低是由加工误差的小大来表示的,保证和提高加工精度问题,实际上是限制和降低加工误差问题。5p 加工精度内容加工精度内容:p 尺寸精度、形状精度和位置精度三者之间关系尺寸精度、形状精度和位置精度三者之间关系:通常形状公差限制在位置公差内,而位置误差一般限制在尺寸公差之内。当尺寸精度要求高时,相应的位置精度、形状精度也要求高。但形状精度或位置精度要求高时,相应的尺寸精度不一定要求高,这要根据零件的功能要求来决定。p工艺系统工艺系统:在机械加工时,在机械加工时,机床、刀具,夹具和工件机床、刀具,夹
3、具和工件构成一个完整的系统,为工艺系统。构成一个完整的系统,为工艺系统。p工艺系统误差与加工误差关系工艺系统误差与加工误差关系(因果关系因果关系)工艺系统中的种种误差,在不同的具体条件下,以不同的程度和方式反映工艺系统中的种种误差,在不同的具体条件下,以不同的程度和方式反映为加工误差,为加工误差,工艺系统的误差时工艺系统的误差时”因因”,是根源;加工误差是是根源;加工误差是“果果”,是表现。,是表现。6工件相对于刀具运动状态下的误差主轴回转误差导轨导向误差传动误差 引起加工误差的根本原因是工艺系统存在着误差,将工艺系统的误差称为原始误差。原始误差与工艺系统原始状态有关的原始误差(几何误差)与工
4、艺过程有关的原始误差(动误差)原理误差定位误差调整误差刀具误差夹具误差机床误差工艺系统受力变形(包括夹紧变形)工艺系统受热变形刀具磨损测量误差工件残余应力引起的变形工件相对于刀具静止状态下的误差原始误差构成7活塞销孔精镗工序中的原始误差定位误差F设计基准定位基准热变形对刀误差夹紧误差菱形销导轨误差8RYRRR=X202YYRRXRX 显然:XYRR 误差敏感方向YR0Xa)YR0Xb)9理论方法:运用物理学和力学原理,分析研究某一个或某几个因素对加工精度或表面质量的影响。试验方法:通过试验或测试,确定影响各因素与加工质量指标之间的关系。统计分析方法:运用数理统计原理和方法,根据被测质量指标的统
5、计性质,对工艺过程进行分析和控制。1011ISO9000族质量标准相互关系指导性文件认证标准基础性文件名词术语ISO9000ISO9002ISO9001ISO9003ISO9004ISO840212设计合同采购管理职责文件培训统计服务质量系统内部产品标记跟踪检测试验检验装置检验记录不合格品处理交货质量记录内部控制改进活动过程控制ISO9001(20项)ISO9001、ISO9002、ISO9003之间的关系ISO9002(18项)ISO9003(12项)1314式中 R 球头刀半径;h 允许的残留高度。SRh空间曲面数控加工8SR h 15a)b)试切法与调整法(图 a)(图 b)16导轨导向
6、误差对加工精度的影响导轨扭曲引起的加工误差HRDBXYX导轨导向误差概念BHHR17成形运动间位置误差对外圆和端面车削的影响fZzzc)HyR0fXZLfdDdxa)b)a)c)水平面内不平行 b)垂直面内不平行18影响导轨导向精度的主要因素19b)端面圆跳动a)径向圆跳动c)倾角摆动主轴回转误差基本形式主轴回转误差概念20主轴回转误差对加工精度的影响主轴径向圆跳动对加工精度的影响(镗孔)5微米考虑最简单的情况,主轴回转中心在X方向上作简谐直线运动,其频率与主轴转速相同,幅值为2e。则刀尖的坐标值为:e径向跳动对镗孔精度影响式中 R 刀尖回转半径;主轴转角。()cossinXReYR显然,上式
7、为一椭圆。21径向跳动对车外圆精度影响12345678仍考虑最简单的情况,主轴回转中心在X方向上作简谐直线运动,其频率与主轴转速相同,幅值为2e。则刀尖运动轨迹接近于正圆(图)。结论:结论:主轴径向跳动影响加工表面的圆度误差e主轴径向圆跳动对加工精度的影响(车外圆)22主轴端面圆跳动对加工精度的影响(23微米)2 Sx主轴端面跳动引起螺距加工周期误差23主轴倾角摆动对加工精度的影响(1)几何轴线相对与平均轴线在空间成一定锥角的圆几何轴线相对与平均轴线在空间成一定锥角的圆 锥运动锥运动 若沿与平均轴线垂直的各个截面来看,相当于几何若沿与平均轴线垂直的各个截面来看,相当于几何轴线绕平均轴心做偏心运
8、动,只是各截面的偏心量轴线绕平均轴心做偏心运动,只是各截面的偏心量不同。因此,无论不同。因此,无论车削还是镗削都能获得一个正圆车削还是镗削都能获得一个正圆柱。柱。(2)几何轴线在某一平面内作角度摆动几何轴线在某一平面内作角度摆动 若频率和主轴回转频率一致,沿与平均回转轴线垂若频率和主轴回转频率一致,沿与平均回转轴线垂直的各个截面看,直的各个截面看,车削车削表面是一个圆,表面是一个圆,整体为一圆整体为一圆柱柱,镗孔镗孔时,在垂直于主轴平均轴线的各个截面内时,在垂直于主轴平均轴线的各个截面内都形成椭圆,都形成椭圆,整体加工出椭圆柱整体加工出椭圆柱。242526AB影响主轴回转精度的主要因素内外滚道
9、圆度误差、滚动体形状及尺寸误差轴径不圆引起车床主轴径向跳动滑动轴承(注意切削力的方向)轴承孔不圆引起镗床主轴径向跳动滚动轴承27推力轴承 滚道端面平面度误差及与回转轴线的垂直度误差轴承间隙的影响轴承间隙的影响a)b)0止推轴承端面误差对主轴轴向窜动的影响影响主轴回转精度的主要因素轴承间隙过大,使主轴工作时油膜厚度增大油膜承载能力降低,当工作条件(载荷、转速等)变化时,油楔厚度变化较大,主轴轴线漂移量增大。28与轴承配合的零件误差的影响与轴承配合的零件误差的影响l 轴承内、外圈或轴瓦受力后容易变形,与之配合的轴颈或箱体支承孔的圆度误差,使轴承圈或轴瓦发生变形而产生圆度误差;l 与轴承圈端面配合的
10、零件如轴肩、过渡套、袖承端盖、螺母等的有关端面的平面度误差,或与主轴回转轴线不垂直,会使轴承圈滚道倾斜,造成主轴回转轴线的径向、轴向漂移;l 箱体前后支承孔、主轴前后支承轴颈的同轴度会使轴承内外圈滚道相对倾斜,同样也会引起主轴回转轴线的漂移。主轴转速的影响主轴转速的影响 由于主轴部件质量不平衡、机床各种随机振动以及回转轴线的不稳定随主轴转速增加而增加,使主轴在某个转速范围内的回转精度较高,超过这个范围时,误差就较大。产生轴线的漂移。主轴系统的径向不等刚度和热变形主轴系统的径向不等刚度和热变形 主轴系统的刚度,在不同方向上往往不等,受外力作用时变形不一致。机床工作时,主轴系统的温度将升高,轴承径
11、向热变形不相等,前后轴承的热变形也不相同,主轴必须停车时使温度发生变化,引起主轴回转轴线的位置变化和漂移而影响主轴回转精度。29传统测量方法存在问题主轴回转误差的测量 传统测量方法a)b)主轴回转误差测量法1 摆动盘 2,4 传感器 3 精密测球 5 放大器 6 示波器 准确测量方法30提高主轴回转精度的措施 磨床采用死顶尖支承用镗模镗孔31机床传动误差对加工精度的影响齿轮机床传动链z7=z8=16z1=64zn=96z5=z6=23z3=z4=23bz2=16zn-1=1icefacd111sinnnjjjnjjjjkktk 以齿轮机床传动链为例:式中 n 传动链末端元件转角误差;kj 第j
12、 个传动元件的误差传递系数,表明第j个传动元件对末端元件转角误差影响程度,其数值等于该元件至末端元件的传动比;n 传动链末端元件角速度;j 第j 个传动元件转角误差的初相角。32传动链误差的频谱分析a)nA1A2Aib)(频率)A(幅值)12i提高传动精度措施33丝扛加工误差补偿装置1 工件 2 螺母 3 母丝杠 4 杠杆 5 校正尺 6 触头 7 校正曲线 附加位移螺母附加转动34L0.056F710F7k620H 7g 6YZ 钻孔夹具误差分析通常要求定位误差和夹具制造误差不大于工件相应公差的1/3。1)定位误差;2)刀具导向(对刀)误差;3)夹紧误差;4)夹具制造误差;5)夹具安装误差;
13、35车刀后刀面磨损对加工尺寸影响刀具磨损过程3637在加工误差敏感方向上工艺系统所受外力与变形量之比工艺系统刚度定义式中 k工艺系统刚度;Fp吃刀抗力;y 工艺系统位移(切削合力作用下的位移)。yFkp工艺系统受力变形工艺系统受力变形引起加工误差3811111jcjjdgkkkkk式中 k 工艺系统刚度;kjc 机床刚度;kjj 夹具刚度;kd 刀具刚度;kg 工件刚度。工艺系统刚度计算公式工艺系统刚度计算说明39机床变形引起的加工误差式中 yjc 机床总变形;Fp 吃刀抗力;ktj 机床前顶尖处刚度;kwz 机床后顶尖处刚度;kdj 机床刀架刚度;L 工件全长;x 刀尖至工件左端距离。变形随
14、受力点变化规律xtjxwzxdjxFpAABBCCzLFAFBxzdjwztjPjckLxkLxLkFy1112240机床受力变形引起的加工误差工件变形引起的加工误差式中 yg 工件变形;E 工件材料弹性模量;I 工件截面惯性矩;Fp,L,x 含义同前。工件受力变形引起的加工误差LxxLEIFyPg22)(3dkkg和41机床变形和工件变形共同引起的加工误差工艺系统刚度EILxxLkLxkLxLkFyyydjwztjPgjc3)(1)(1)(12222EILxxLkLxkLxLkyyFkdjwztjgjcP31111222242式中 切削条件系数切削条件系数 g 工件圆度误差;m 毛坯圆度误差
15、;k 工艺系统刚度;误差复映系数。误差复映现象ap11ap22毛坯外形工件外形CHBfCPFFpnyFpmppppgaakCFFk2121111FpCnFyyFyxFypFyyHBfaCF 为一常数为一常数切削力切削力 43q 由于工艺系统受力变形,使毛坯误差部分反映到工件上,此种现象称为“误差复映”q kCmg 123n 4445夹紧力影响a)b)薄壁套夹紧变形薄壁工件磨削例:薄壁套夹紧变形解决:加开口套又例:薄壁工件磨削解决:加橡皮垫46龙门铣横梁变形例:龙门铣横梁龙门铣横梁变形转移龙门铣横梁变形补偿重力影响解决1:重量转移 解决2:变形补偿47传动力影响传动力对加工精度的影响zlRXYF
16、pFcFcdFcdxra)OOr0XYFpAFcdrcd=Fcd/kcOFcFc/kcFp/kcb)惯性力影响48车床刀架变形曲线X(m)10203040500123F(KN)刀架部件变形曲线特点刀架部件平均刚度49接触变形曲线xOpppxx式中 c,m与接触面材料、表面 状况有关的系数和指数;p 表面压强。mpcx mcpdxdpkmj150封闭整体箱形结构51支座零件不同安装方法转塔车床导向杆 52铸件残余应力引起变形冷校直引起的残余应力压拉加载压压拉拉卸载5354在精密加工和大件加工中,工艺系统热变形引起的加工误差占总误差的约4070%工艺系统热源内部热源外部热源切削热摩擦热环境热源辐射
17、热55圆柱类工件热变形531.1 1040014.410()4.4()LLtmmm式中 L,D 长度和直径热变形量;L,D 工件原有长度和直径;工件材料线膨胀系数;t 温升。LLtDDt56式中 X 变形挠度;L,S 工件原有长度和厚度;工件材料线膨胀系数;t 温升。28LtXS板类工件单面加工时的热变形平面加工热变形X/4LS221.120003886000.022()LtXSmm此值已大于精密导轨平直度要求结果:加工时上表面升温,工件向上拱起,磨削时将中凸部分磨平,冷却后工件下凹。例:高600mm,长2000mm的床身,若上表面温升为3,则变形量为:57特点变形曲线max1ce式中 热伸长
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