第5章机械加工精度ppt课件
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第5章机械加工精度
5.1概述 机器质量的好坏取决于零件的加工质 量
加工质量
外表质量
机械加工精度
;
5.1.1 加工精度的根本概念
加工精度-零件几何参数的实践值与实际值相符合的程 度。
加工误差-零件几何参数的实践值与实际值相偏离的程 度。
磨削
车削 公差带分布中心
刨削
6σ
6σ
6σ
;
加工误差表征了某一种加工方法的加工精度。 在消费实际中，加工精度的高低正是用加工 误差的大小来评定的。
5.2.2 刀具与夹具误差
1、刀具误差 (1)定尺寸刀具： 尺寸精度影响被加工零件。 (2)成形刀具： 刀具本身的几何外形精度影
响被加工零件。 (3)刀具的磨损： 被加工零件成锥形或者平均
尺寸逐渐增大。 2、夹具误差 (1)定位元件、刀具引导体 (2)夹详细 (3)分度机构、等零件的制造误差。
;
5.2.3调整误差(系统误差)
;
2、从动力学的观念出发，工艺系统被看做是一个具有 一定质量、弹性和阻尼所组成的多自在度机械振动 系统。当系统遭到变化载荷时，系统就会振动。在 某段频率范围内产生单位振幅所需的激振力定义为 该频率下的动刚度。假设，工艺系统的动刚度不好， 加工时刀具和工件之间就会产生剧烈的振动，使切 削过程稳定性遭到破坏，从而影响加工精度。
• 零件的尺寸、几何外形及相互位置这三项精度
目的，是严密相互联络的。例如，为保证轴颈的 直径尺寸精度，那么该轴颈的圆度外形误差不应 超出直径尺寸公差。普通几何外形误差应控制在 相应的尺寸公差的l／2～1／3以内。对于特殊功 用的零件，某些外表的几何外形精度，能够有更 高的要求。
;
5.1.3 影响加工精度的误差要素
(2)工艺系统力效应产生的误差——包括工艺系统弹性及塑 性变形产生的误差(即工艺系统的刚度缺乏或变化所引 起的误差)，工件的夹紧误差，离心力和传动力所引起 的误差以及工件剩余应力引起的误差等。
(3)工艺系统热变形产生的误差——包括机床、刀具以及工 件热变形产生的误差。
除了上述三个方面的误差要素以外，还有如加工方法的原
;
;
设主轴的简谐运动是在程度方向(α＝0)上，当主 轴中心是最大偏移(即φ0＝π/2，φ=0，h＝ Asin(φ+π/2)＝A)时，镗刀尖正好经过其程度位置。
刀再转过一个φ角时，刀尖轨迹的程度分量可表 示为:
X＝Rcosφ+Acosφ＝(R+A)cosφ
其垂直分量为
Y＝Rsinφ
根据程度分量X及垂直分量Y可得镗刀尖在加工外
加工误差是在加工过程中产生的，因此就应该到制 造过程中去找。
设计
毛坯：
〔材质、 余量、 应力〕
加工方法： 〔准确、近似〕
机床：
〔制造、 调整、磨 损、热变 形〕
夹、刀、量 具：
〔制造、调 整、磨损、 受力变形〕
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
切削：
〔切削力、 切削热、 应力变形〕
检测：
〔方法、环境、 读数、接触变 形〕
设计要求
整个过程都受人文要素、环境〔温度、湿度、; 振动、噪音、自重、气压、时间〕的影响。
〔4〕自动控制法：这种获得尺寸的方法是用丈量安装、进给安装 和控制系统组成一个自动加工的循环过程，使加工过程中的丈 量、补偿调整和切削等一系列;任务自动完成。
2、获得零件的外形精度的方法
• (1)轨迹法：这种加工方法是依托刀尖运动轨迹来获得
所要求的外表几何外形的。刀尖的运动轨迹取决于刀 具和工件的相对运动〔成形运动〕。用这种加工方法， 得到的外形精度取决于成形运动的精度。
在机械加工中，零件的尺寸、几何外形和外 表间相互位置的构成，取决于工件和刀具 在切削运动过程中的相互位置关系。而工 件和刀具又安装在夹具和机床上。因 此．在机械加工中，机床、夹具、刀具和 工件就构成一个完好的系统即工艺系统。 加工精度问题牵涉到整个工艺系统的精度 问题。
;
在机械加工中：
工件+夹具+机床+刀具
• (2)成形法：机床的某些成形运动被成形刀具的刀刃几
何外形所替代。用这种加工方法，外形精度既取决于 成形运动的精度，又取决于刀刃的外形精度。
• (3)展成法：被加工外表是刀刃在相对啮合运动中的包
络面。刀刃必需是被加工面的共轭曲线，而作为成形 运动的的啮合运动，那么必需坚持确定的速比关系。 为了保证外形精度，必需首先保证各成形运动本身及 其相互关系的准确性。各成形运动的相互关系，是指 成形运动轨迹的相对位置关系〔几何关系〕和成形运 动速度之间的相互关系。〔运动关系〕。
i t z1 z3 m
T z2 z4 T
;
4)车外圆： 工件外圆为密集螺线。 〔5〕丈量误差 丈量工件φ120H11，用度量误差为±0.02的
量具去丈量。
;
5.2 工艺系统的几何误差
5.2.1 机床的几何误差 1.主轴的回转误差 主轴回转误差可以分为三种根本方式： 纯径向跳动；轴向窜动；纯角度摆动。
m1 m
m2
;
5.3.2 机床部件刚度及其特点
1、工件夹在卡盘中加工： 运用悬臂梁公式来计算工件的变形或刚度。
悬臂梁变形 y p y L3 ,
3EI
那么有刚度K 为:
k
Py y
3EI L3
工件变形:
;
2、在顶尖间加工棒料
y Py L3 48 EI
变形
k
48 EI L3
;
刚度
终了
;
理误差、丈量误差等亦是影响零件加工精度的很重要
的要素。
;
〔4〕方法误差：
1)仿形法加工齿轮： 齿形=F〔rb〕 rb=0.5mzcosα ie: 齿形=f(mz)
又 对每一模数m,有一组齿数z1—zn,因此产 生齿形误差。
2)滚切齿轮： 滚刀刀齿是不延续的，所以， 实践外表也是不延续的。
3)加工模数蜗杆：
表上的挪动转迹为
X2 Y2 1 (RA)2 R2
因此，镗出的孔为椭圆。;
2)车削
振幅h在Z轴上的投影，即振动使车刀跳起△Z。
那么有关系：(RR)2Z2R2
R2
略去高阶量
Z 2 R
2R
;
(2)轴向窜动对加工精度的影响
主轴的轴向窜动对于加工 内外圆柱面没有影响， 但在车端面时，假设主
轴出有的轴端向面窜与t动外an，圆 那不 么R垂A 车直。
;
3.传动链误差
传动链误差会影响成形运动和展成运动的准确性。 例：滚刀轴上的齿轮有转角误差△φ1〔可以了解
为齿距误差或齿距累积误差〕，那么他传动链末 端的转角误差为：
;
工 8 2 2 2 0 0 2 2 3 3 2 2 8 8 4 4 8 8 i2 8 c e f ix 8 1 4 1 i1 n 1
工艺系统
工艺系统的相互位置+运动轨迹
=工件的精度
安装、调整
运动轨迹
制造精度
位置精度
外形精度
尺寸精度
;
5.1.2 获得规定的加工精度方法
1、获得尺寸精度的方法 〔1〕试切法：试切法就是经过试切--丈量--调整--再试切的反复过
程来获得尺寸精度的方法。这种方法的效率较低，同时要求操 作者有较高的技术程度。在单件及小批消费中常用此法。
;
(1)纯径向跳动对加工精度的影响
1〕镗孔：设径向跳动在与X轴成α角的方向上 的直线上作简谐运动，简谐幅值为A。镗刀 在φ角的位置上，偏移了一个间隔 h。那么 有：
h=Asin〔ωt+φ0〕= Asin〔φ+φ0〕，φ0为 初始相位角。
那么镗刀位置产生的径向误差为 △=hcos〔φ－α〕，将h代入： △= Asin〔φ+φ0〕cos〔φ－α〕
〔2〕定尺寸刀具法：器具有一定外形和尺寸的刀具加工零件，使 加工外表得到要求的外形和尺寸。例如钻孔、铰孔、拉孔和攻 丝等，加工精度与刀具本身的制造精度关系很大。
〔3〕调整法：按工件规定的尺寸预先调整机床、夹具、刀具与工 件的相对位置，再进展加工。工件尺寸是在加工时自动获得的， 在这种方法中，工件的加工精度在很大程度上取决于调整的精 度。此法广泛运用于各类半自动机、自动机和自动线上，适用 于成批及大量消费。
传动元件的转角误差乘上总传动比，就等于末端元 件的转角误差。i1n被称为误差传送因子。结论：
〔1〕降速设计时，亦即i≤1，那么误差可以减少； 即采用降速设计；
〔2〕最大降速比放在最后一级； 〔3〕传动链越短越好； 〔4〕提高传动元件的精度； 〔5〕消除间隙； 〔6〕采用误差校正机构来提高转动精度。
;
;
3、零件各外表相互位置精度
• 对于零件的相互位置精度，主要由机床精度、夹
具精度和工件的安装精度来保证。例如，在车床 上车削工件端面时，其端面与轴心线的垂直度决 议于横向溜板送进方向与主轴轴心线的垂直度。 又如在平面上钻孔，孔中心线对于平面的垂直度， 决议于钻头送进方向与任务台或夹具定位面的垂 直度。
实践分布中心
公差带分布中心
例：加工一批零件得 一误差曲线：
不产生废品的条件： △t+△fb≤T---零件 的公差
;
5.2.4 工件的定位误差
定位误差，是指工件在定位时，由于工件位置不准 确而在加工过程中引起工序尺寸变化：
1.基准不重合引起的定位误差。 2.定位元件或定位基准本身有误差产生的定位误差。 例：
;
本应该是：Bmax－Bmin=TB= TA+ TC
但实践上：0.1=0.2+ TC，显然行不通。这就是 基准不重合引入了定位误差。
5.3 工艺系统力效应产生的误差 5.3.1 静、动刚度的概念 1、工艺系统在静载荷作用下会产生静变形，载
荷越大，变形也就越大。静力与变形的比值称 为工艺系统的静刚度：kj=Pj/yj。静刚度是工 艺系统本身的属性，与外载荷无关。
原始误差
原始误差
工 方机 夹刀 件 法床 具具 安 误误 误误 装 差差 差差 误
差 加工前
受 受刀 力 热具 变 变磨 形 形损
加工中
工件误差
;
应丈 力量 变误 形差
加工后
根据科学研讨的归纳，可将产生加工误差的 主要要素详细分为以下几个方面：
(1)工艺系统的几何误差——包括机床、夹具、刀具的制造 误差和磨损，机床传动链误差以及工件、夹具、刀具 的安装误差等。
其角度为：
A---主轴轴向窜动的幅值 R---工件切削端面的半径 θ---切削端面的斜角。 当R≈0，在端面中心附近出现一个凸台。
;
(3)纯角度摆动
– 车外圆：得到一个锥体； – 镗孔：得到一个椭圆形的孔。
;
2.导轨误差 (1)机床导轨在程度面上不平行：-----构成 锥形或鼓形 (2)机床导轨在垂直面上不平行：-----构成 双曲面，或反映在工件上
5.1概述 机器质量的好坏取决于零件的加工质 量
加工质量
外表质量
机械加工精度
;
5.1.1 加工精度的根本概念
加工精度-零件几何参数的实践值与实际值相符合的程 度。
加工误差-零件几何参数的实践值与实际值相偏离的程 度。
磨削
车削 公差带分布中心
刨削
6σ
6σ
6σ
;
加工误差表征了某一种加工方法的加工精度。 在消费实际中，加工精度的高低正是用加工 误差的大小来评定的。
5.2.2 刀具与夹具误差
1、刀具误差 (1)定尺寸刀具： 尺寸精度影响被加工零件。 (2)成形刀具： 刀具本身的几何外形精度影
响被加工零件。 (3)刀具的磨损： 被加工零件成锥形或者平均
尺寸逐渐增大。 2、夹具误差 (1)定位元件、刀具引导体 (2)夹详细 (3)分度机构、等零件的制造误差。
;
5.2.3调整误差(系统误差)
;
2、从动力学的观念出发，工艺系统被看做是一个具有 一定质量、弹性和阻尼所组成的多自在度机械振动 系统。当系统遭到变化载荷时，系统就会振动。在 某段频率范围内产生单位振幅所需的激振力定义为 该频率下的动刚度。假设，工艺系统的动刚度不好， 加工时刀具和工件之间就会产生剧烈的振动，使切 削过程稳定性遭到破坏，从而影响加工精度。
• 零件的尺寸、几何外形及相互位置这三项精度
目的，是严密相互联络的。例如，为保证轴颈的 直径尺寸精度，那么该轴颈的圆度外形误差不应 超出直径尺寸公差。普通几何外形误差应控制在 相应的尺寸公差的l／2～1／3以内。对于特殊功 用的零件，某些外表的几何外形精度，能够有更 高的要求。
;
5.1.3 影响加工精度的误差要素
(2)工艺系统力效应产生的误差——包括工艺系统弹性及塑 性变形产生的误差(即工艺系统的刚度缺乏或变化所引 起的误差)，工件的夹紧误差，离心力和传动力所引起 的误差以及工件剩余应力引起的误差等。
(3)工艺系统热变形产生的误差——包括机床、刀具以及工 件热变形产生的误差。
除了上述三个方面的误差要素以外，还有如加工方法的原
;
;
设主轴的简谐运动是在程度方向(α＝0)上，当主 轴中心是最大偏移(即φ0＝π/2，φ=0，h＝ Asin(φ+π/2)＝A)时，镗刀尖正好经过其程度位置。
刀再转过一个φ角时，刀尖轨迹的程度分量可表 示为:
X＝Rcosφ+Acosφ＝(R+A)cosφ
其垂直分量为
Y＝Rsinφ
根据程度分量X及垂直分量Y可得镗刀尖在加工外
加工误差是在加工过程中产生的，因此就应该到制 造过程中去找。
设计
毛坯：
〔材质、 余量、 应力〕
加工方法： 〔准确、近似〕
机床：
〔制造、 调整、磨 损、热变 形〕
夹、刀、量 具：
〔制造、调 整、磨损、 受力变形〕
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
切削：
〔切削力、 切削热、 应力变形〕
检测：
〔方法、环境、 读数、接触变 形〕
设计要求
整个过程都受人文要素、环境〔温度、湿度、; 振动、噪音、自重、气压、时间〕的影响。
〔4〕自动控制法：这种获得尺寸的方法是用丈量安装、进给安装 和控制系统组成一个自动加工的循环过程，使加工过程中的丈 量、补偿调整和切削等一系列;任务自动完成。
2、获得零件的外形精度的方法
• (1)轨迹法：这种加工方法是依托刀尖运动轨迹来获得
所要求的外表几何外形的。刀尖的运动轨迹取决于刀 具和工件的相对运动〔成形运动〕。用这种加工方法， 得到的外形精度取决于成形运动的精度。
在机械加工中，零件的尺寸、几何外形和外 表间相互位置的构成，取决于工件和刀具 在切削运动过程中的相互位置关系。而工 件和刀具又安装在夹具和机床上。因 此．在机械加工中，机床、夹具、刀具和 工件就构成一个完好的系统即工艺系统。 加工精度问题牵涉到整个工艺系统的精度 问题。
;
在机械加工中：
工件+夹具+机床+刀具
• (2)成形法：机床的某些成形运动被成形刀具的刀刃几
何外形所替代。用这种加工方法，外形精度既取决于 成形运动的精度，又取决于刀刃的外形精度。
• (3)展成法：被加工外表是刀刃在相对啮合运动中的包
络面。刀刃必需是被加工面的共轭曲线，而作为成形 运动的的啮合运动，那么必需坚持确定的速比关系。 为了保证外形精度，必需首先保证各成形运动本身及 其相互关系的准确性。各成形运动的相互关系，是指 成形运动轨迹的相对位置关系〔几何关系〕和成形运 动速度之间的相互关系。〔运动关系〕。
i t z1 z3 m
T z2 z4 T
;
4)车外圆： 工件外圆为密集螺线。 〔5〕丈量误差 丈量工件φ120H11，用度量误差为±0.02的
量具去丈量。
;
5.2 工艺系统的几何误差
5.2.1 机床的几何误差 1.主轴的回转误差 主轴回转误差可以分为三种根本方式： 纯径向跳动；轴向窜动；纯角度摆动。
m1 m
m2
;
5.3.2 机床部件刚度及其特点
1、工件夹在卡盘中加工： 运用悬臂梁公式来计算工件的变形或刚度。
悬臂梁变形 y p y L3 ,
3EI
那么有刚度K 为:
k
Py y
3EI L3
工件变形:
;
2、在顶尖间加工棒料
y Py L3 48 EI
变形
k
48 EI L3
;
刚度
终了
;
理误差、丈量误差等亦是影响零件加工精度的很重要
的要素。
;
〔4〕方法误差：
1)仿形法加工齿轮： 齿形=F〔rb〕 rb=0.5mzcosα ie: 齿形=f(mz)
又 对每一模数m,有一组齿数z1—zn,因此产 生齿形误差。
2)滚切齿轮： 滚刀刀齿是不延续的，所以， 实践外表也是不延续的。
3)加工模数蜗杆：
表上的挪动转迹为
X2 Y2 1 (RA)2 R2
因此，镗出的孔为椭圆。;
2)车削
振幅h在Z轴上的投影，即振动使车刀跳起△Z。
那么有关系：(RR)2Z2R2
R2
略去高阶量
Z 2 R
2R
;
(2)轴向窜动对加工精度的影响
主轴的轴向窜动对于加工 内外圆柱面没有影响， 但在车端面时，假设主
轴出有的轴端向面窜与t动外an，圆 那不 么R垂A 车直。
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3.传动链误差
传动链误差会影响成形运动和展成运动的准确性。 例：滚刀轴上的齿轮有转角误差△φ1〔可以了解
为齿距误差或齿距累积误差〕，那么他传动链末 端的转角误差为：
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工 8 2 2 2 0 0 2 2 3 3 2 2 8 8 4 4 8 8 i2 8 c e f ix 8 1 4 1 i1 n 1
工艺系统
工艺系统的相互位置+运动轨迹
=工件的精度
安装、调整
运动轨迹
制造精度
位置精度
外形精度
尺寸精度
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5.1.2 获得规定的加工精度方法
1、获得尺寸精度的方法 〔1〕试切法：试切法就是经过试切--丈量--调整--再试切的反复过
程来获得尺寸精度的方法。这种方法的效率较低，同时要求操 作者有较高的技术程度。在单件及小批消费中常用此法。
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(1)纯径向跳动对加工精度的影响
1〕镗孔：设径向跳动在与X轴成α角的方向上 的直线上作简谐运动，简谐幅值为A。镗刀 在φ角的位置上，偏移了一个间隔 h。那么 有：
h=Asin〔ωt+φ0〕= Asin〔φ+φ0〕，φ0为 初始相位角。
那么镗刀位置产生的径向误差为 △=hcos〔φ－α〕，将h代入： △= Asin〔φ+φ0〕cos〔φ－α〕
〔2〕定尺寸刀具法：器具有一定外形和尺寸的刀具加工零件，使 加工外表得到要求的外形和尺寸。例如钻孔、铰孔、拉孔和攻 丝等，加工精度与刀具本身的制造精度关系很大。
〔3〕调整法：按工件规定的尺寸预先调整机床、夹具、刀具与工 件的相对位置，再进展加工。工件尺寸是在加工时自动获得的， 在这种方法中，工件的加工精度在很大程度上取决于调整的精 度。此法广泛运用于各类半自动机、自动机和自动线上，适用 于成批及大量消费。
传动元件的转角误差乘上总传动比，就等于末端元 件的转角误差。i1n被称为误差传送因子。结论：
〔1〕降速设计时，亦即i≤1，那么误差可以减少； 即采用降速设计；
〔2〕最大降速比放在最后一级； 〔3〕传动链越短越好； 〔4〕提高传动元件的精度； 〔5〕消除间隙； 〔6〕采用误差校正机构来提高转动精度。
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3、零件各外表相互位置精度
• 对于零件的相互位置精度，主要由机床精度、夹
具精度和工件的安装精度来保证。例如，在车床 上车削工件端面时，其端面与轴心线的垂直度决 议于横向溜板送进方向与主轴轴心线的垂直度。 又如在平面上钻孔，孔中心线对于平面的垂直度， 决议于钻头送进方向与任务台或夹具定位面的垂 直度。
实践分布中心
公差带分布中心
例：加工一批零件得 一误差曲线：
不产生废品的条件： △t+△fb≤T---零件 的公差
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5.2.4 工件的定位误差
定位误差，是指工件在定位时，由于工件位置不准 确而在加工过程中引起工序尺寸变化：
1.基准不重合引起的定位误差。 2.定位元件或定位基准本身有误差产生的定位误差。 例：
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本应该是：Bmax－Bmin=TB= TA+ TC
但实践上：0.1=0.2+ TC，显然行不通。这就是 基准不重合引入了定位误差。
5.3 工艺系统力效应产生的误差 5.3.1 静、动刚度的概念 1、工艺系统在静载荷作用下会产生静变形，载
荷越大，变形也就越大。静力与变形的比值称 为工艺系统的静刚度：kj=Pj/yj。静刚度是工 艺系统本身的属性，与外载荷无关。
原始误差
原始误差
工 方机 夹刀 件 法床 具具 安 误误 误误 装 差差 差差 误
差 加工前
受 受刀 力 热具 变 变磨 形 形损
加工中
工件误差
;
应丈 力量 变误 形差
加工后
根据科学研讨的归纳，可将产生加工误差的 主要要素详细分为以下几个方面：
(1)工艺系统的几何误差——包括机床、夹具、刀具的制造 误差和磨损，机床传动链误差以及工件、夹具、刀具 的安装误差等。
其角度为：
A---主轴轴向窜动的幅值 R---工件切削端面的半径 θ---切削端面的斜角。 当R≈0，在端面中心附近出现一个凸台。
;
(3)纯角度摆动
– 车外圆：得到一个锥体； – 镗孔：得到一个椭圆形的孔。
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2.导轨误差 (1)机床导轨在程度面上不平行：-----构成 锥形或鼓形 (2)机床导轨在垂直面上不平行：-----构成 双曲面，或反映在工件上