机械加工技术(第2版)

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a) b)
止推轴承端面误差对主轴 轴向窜动的影响
机械加工技术
提高机床主轴回转精度的基本措施:
1、较大程度地提高主轴刚度
第三章 机械加工精度
2、选用高强度材料
3、提高主轴、箱体的制造精度和装配精度 4、选用高精度轴承 5、提高主轴的运动平衡精度(动平衡精度) 6、对主轴用的径向支撑轴承和轴向定位轴承施加预紧力 7、采用液体或气体静压轴承 8、使主轴的回转精度不反映到工件上
机械加工技术
第三节
一、加工原理误差
第三章 机械加工精度
工艺系统的几何误差对加工精度的影响
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进行加工而 产生的误差。 例如滚齿用的齿轮滚刀,就有两种误差: 一是为了制造方便,采用阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线基本 蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形误差; 二是由于滚刀刀齿有限,实际上加工出的齿形是一条由许多微小折线段 组成的曲线,和理论上的光滑渐开线有差异,这些都会产生加工原理误差。 采用近似的成形运动或近似的刀刃轮廓,虽然会带来加工原理误差,但 往往可简化机床结构或刀具形状,或可提高生产效率,有时甚至能得到高的 加工精度。 因此,只要其误差不超过规定的精度要求(一般原理误差应小于10%~ 15%工件的公差值),在生产中仍能得到广泛的应用。
(1)、机床导轨在水平面内的直线度误差
卧式车床或外圆磨床的导轨水 平面内有直线度误差△Z,将使刀尖 的直线运动轨迹产生同样的直线度误 差△Y,由于△Y处于误差敏感方向, 因此零件的加工误差△R=△Y,造成 零件的圆柱度误差。 而平面磨床和龙门刨床的导轨水平 方向为误差非敏感方向,因此加工误差 可忽略。
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三、位置精度的获得方法
第三章 机械加工精度
找正装夹法(直接找正装夹法、划线找正装夹法)和机床夹具装夹法。 (1) 采用找正装夹法时,加工表面的位置精度取决于有关的划线精度、 找正精度。
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第三章 机械加工精度
(2) 使用机床夹具装夹工件时,为保证加工表面的位置精度,应满足下列 条件: ①机床夹具的安装基准相对于机床保持正确位置; ②夹具的定位元件与夹具的安装基准应有正确的位置关系。 (3) 机床运动部件的运动精度在规 定的范围内。 (4) 应正确对刀,使刀具切削刃相 对于工件或夹具定位元件具有正确的 位置关系。 注意:数控机床有时不需要在夹 具上设置对刀块或刀具引导装置而依 靠自身的精密运动即可保证加工表面 的位置精度,但初始的精确对刀仍然 是必须的。
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二、影响加工精度的因素
第三章 机械加工精度
图3-1为活塞加工中精镗销孔示意图,在加工过程中影响加工精度的因素有:
(1) 装夹 由于设计基准(顶面)与定位基准(止口端面)不重合,及定 位止口与夹具上凸台、菱形销与销孔的配合间隙会引起定位误差,若夹紧 力过大会引起夹紧误差。这两项原始误差统称为工件装夹误差。
机械加工技术
第三章 机械加工精度
h
S
空间曲面数控加工
S 8 R h
式中
R ——球头刀半径; h ——允许的残留高度。
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二、机床的几何误差
1.机床主轴回转误差
第三章 机械加工精度
理论上机床主轴回转时,回转轴线的空间位置是固定不变的,即它的 瞬时速度为零。 实际主轴系统中存在着各种影响因素,使主轴回转轴线位置发生变化。 将主轴实际回转轴线对理想回转轴线漂移在误差敏感方向上的最大变 动量称为主轴回转误差。 1) 主轴回转误差的基本概念 主轴径向跳动: 实际回转轴线始终平行于理想回转轴线,在一个平面内作等幅的跳动。
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◆ 影响主轴回转精度的主要因素 ★ 滑动轴承 车床—— 轴径不圆引起车床 主轴径向跳动(注意其频率特 性) 镗床—— 轴承孔不圆引起镗 床主轴径向跳动
静压轴承 —— 对轴承孔或 轴径圆度误差起均化作用 ★ 滚动轴承 内外滚道圆度误差、滚动体形 状及尺寸误差(车削:内圈影 响大,镗削:外圈影响大。主 要是切削力作用方式导致)
机械加工技术
第三章 机械加工精度
主轴轴向串动:实际回转轴线始终沿理想回转轴线作等幅的窜动。
主轴角度摆动:实际回转轴线与理想回转轴线始终成一倾角,在一个平面 上作等幅摆动,且交点位置不变。
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2)主轴回转误差对加工精度的影响
车削加工时:
第三章 机械加工精度
主轴端面圆跳动主要影响工件端面的形状精度、端面与内(外)圆的 垂直度和轴向尺寸精度;
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(2)、导轨在垂直面内的直线度误差 卧式车床或外圆磨床的导轨垂直 面内有直线度误差△Y,使刀尖运动轨 迹产生直线度误差△Y,由于△Y处于 误差非敏感方向,零件的加工误差 △R≈ △ Y2 /d可忽略不计。 而平面磨床、龙门刨床, △Y处 于误差敏感方向,所以导轨误差将直 接反映到被加工的零件上。 (3)、导轨扭曲误差: 在垂直于纵向走刀的某一 截面内,若前后导轨的平行度 误差为△ n,则半径误差为: △R≈ △Y= △Z·H/B 一般车床 H/B—2/3, 外圆磨床 H/B约为1。 因此这项原始误差对加工 精度的影响不能忽略。
机械加工技术
二、形状精度的获得方法
第三章 机械加工精度
(1)轨迹法——利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工。 (2)成形法——刀具的切削刃与所需要的形成的发生线完全重合。 (3)相切法——利用刀具边缘旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法。 (4)范成法(展成法)——利用工件和刀具作范成切削运动进行加工的方法。
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3) 影响主轴回转精度的主要因素
第三章 机械加工精度
引起主轴回转轴线漂移的原因主要是:轴承的误差、轴承间隙及与轴 承配合零件的误差。
例如,当主轴采用滑动轴承结构时,对于工件回转类机床(如车床、 磨床等),由于切削力方向大体上是不变的,主轴颈以不同部位和轴承内 孔的某一固定部位相接触。因此,影响主轴回转精度的,主要是主轴支承 轴颈的圆度,而轴承孔影响较小。 对于刀具回转类机床(如镗床等),由于切削力方向随主轴的回转而改 变,主轴颈在切削力作用下总是以其某一固定部位与轴承内表面的不同部 位接触。 因此,对主轴回转精度影响较大的是轴承孔的圆度,而支承轴颈的影 响较小。
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第三章 机械加工精度
外圆磨床磨削外圆柱面时,采 用固定顶尖支承。
在镗床上加工箱体类零件上的孔 时,采用前、后导向套的镗模, 刀杆与主轴浮动联接,所以刀杆 的回转精度与机床主轴回转精度 也无关,仅由刀杆和导套的配合 质量决定。
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2.机床导轨导向误差
第三章 机械加工精度
机床导轨是机床主要部件的相对位置及运动的基准,导轨误差将直接影 响加工精度。 导轨误差:导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的偏差。导轨误 差包含: 1、导轨水平面内的直线度误差。 2、导轨垂直面内的直线度误差。 3、导轨扭曲误差。
径向圆跳动影响工件圆柱面的形状精度; 角度摆动影响工件圆柱面与端面的加工精度。 例如加工螺纹时,主轴的端面圆跳动将使工件螺距产生周期误差。
主轴轴向串动对加工精度的影响
被加工端面不平,与圆柱面不垂直; 加工螺纹时,产生螺距周期性误差。 主轴角度摆动对加工精度的影响 与主轴径向跳动影响类似,不仅影响圆度误差,而且影响圆柱度误差。
第三章 机械加工精度
平面磨床的导轨扭曲误差和垂直面 误差,将1:1地反映到工件形状误差上。
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第三章 机械加工精度
2) 影响导轨导向精度的主要因素 影响导轨导向精度的因素主要有:导轨副的制造精度、安装精度和使用 过程中的磨损。 机床安装不正确引起的导轨误差,往往远大于制造误差。 特别是导轨较长的龙门刨床、龙门铣床和导轨磨床等,它们的床身导轨 是一种细长的结构,刚性较差,在本身自重的作用下就容易变形。 导轨磨损是造成导轨误差的另一重要原因。由于使用程度不同及受力不 均,机床使用一段时间后,导轨沿全长上各段的磨损量不等,同一横截面上 各导轨面的磨损量也不相等。导轨磨损会引起床鞍在水平面和垂直面内发生 位移,且有倾斜,从而造成刀刃位置误差。
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第三章 机械加工精度
(2) 调整 本例需进行夹具在工作台上的位置调整,菱形销与主轴同轴度 的调整,以及对刀调整等。由于调整不可能绝对精确,因而就会产生调整误 差。另外机床、刀具、夹具本身的制造误差在加工前就已经存在了。这类原 始误差称为工艺系统的几何误差。 (3) 加工 由于在加工过程中产生了切削力、切削热和摩擦,它们将引起工 艺系统的受力变形、受热变形和磨损,从而影响了工件与刀具之间的相对位 置,造成加工误差。 (4) 测量 在加工过程中,还必须对工件进行测量,任何测量方法和量具、 量仪也不可能绝对准确,由此产生的误差称为测量误差。 (5)工件变形而产生加工误差;近似的成形方法或近似的刀刃形状加工, 还会造成加工原理误差。
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第三章 机械加工精度
教学要求: 了解机械加工精度的概念及加工误差产生的原因; 掌握工艺系统几何误差及其对加工精度的影响; 掌握工艺系统受力变形及其对加工精度的影响; 了解工艺系统热变形及其对加工精度的影响; 了解工件内应力对加工精度的影响;掌握提高加工精度的工艺措施。 本章重点: 工艺系统几何误差产生的加工误差; 工艺系统受力变形产生的加工误差; 内应力产生机理及其导致的加工误差; 保证和提高加工精度的途径。 本章难点:
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第三章 机械加工精度
加工精度在数值上通过加工误差的大小来表示。加工误差的构成 如下图:
常值系统误差:大小及方向 不变 变值系统误差:大小及方向 按一定规律变化 非线性变化 线性变化
系统误差:
误差的大小和
加 工 误 差 方向具有规律性。
随机误差:大小及方向无变化规律。 请注意:系统误差与随机误差之间的分界线不是固定不变的。
热变形和内应力产生机理及其导致的加工误差。
机械加工技术(第2版)
• 书名:机械加工技术 (第2版) • 书号:978-7-11153655-0
• 出版社:机械工业出 版社 • 作者:孙学强
机械加工技术
第一节 概 述
一、加工精度与加工误差
第三章 机械加工精度
加工精度——零件加工后的实际几何参数(尺寸、几何形状以及各表面 相互位置)与理想几何参数相符合的程度。 加工精度包括: (1) 尺寸精度 尺寸精度用来限制加工表面与其基准间尺寸误差不超过一定 的范围。 (2) 几何形状精度 几何形状精度用来限制加工表面宏观几何形状误差,如 圆度、圆柱度、平面度、直线度等。 (3) 相互位置精度 相互位置精度用来限制加工表面与其基准间的相互位置 误差,如平行度、垂直度、同轴度、位置度等。 零件的加工精度越高,则加工成本就越高,而生产率则相对降低。 因此工艺人员则应根据设计要求、生产条件等采用适当的工艺方法,以 保证加工误差不超过容许范围,并在此前提下尽可能地提高生产率和降低成 本。
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调整误差
第三章 机械加工精度
加工原理误差 工件装夹误差
加工前的误差
机床误差 夹具误差 工艺系统静误差
刀具制造误差误差
原始误差 加工过程中的误差 工艺系统受力变形 工艺系统热变形 刀具磨损 加工后的误差 内应力引起的变形 测量误差 工艺系统动误差
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第二节
一、尺寸精度的获得方法
第三章 机械加工精度
B A
车床: 轴径不圆引起车床 主轴径向跳动
镗床: 轴承孔不圆引起镗床 主轴径向跳动
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★ 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
第三章 机械加工精度
Δ Δ≈0
★ 其他因素
轴承孔、轴径圆度误差;轴 承孔同轴度误差;轴肩、隔 套端面平面度误差及与回转 轴线的垂直度误差;装配质 量等
第三章 机械加工精度
加工精度的获得方法
(1)试切法 就是通过试切、测量、调整、再试切,反复进行到被加工尺 寸达到要求为止的加工方法。工件的尺寸精度取决于操作者的调整精度。试 切法的效率低,对工人技术水平要求高,主要适合于单件、小批生产。 (2) 调整法 先调整好刀具和工件在机床上的相对位置,并在一批零件的加 工过程中保持这个位置不变,以保证被加工尺寸的方法。工件的尺寸精 度取决于调整精度。调整法的生产率较高,广泛用于各类半自动、自动 机床和自动生产线上,适合于成批、大量生产。 (3) 定尺寸刀具法 用刀具的相应尺寸来保证工件尺寸的方法,如钻孔、拉 孔和攻螺纹等。工件的尺寸精度主要取决于刀具的精度。这种方法的生 产率较高,但刀具制造较复杂,常用于孔、螺纹和成形表面的加工。 (4) 自动控制法 在加工过程中,通过尺寸测量装置、进给机构和控制机构 来自动完成切削加工、尺寸测量和刀具的调整、补偿的方法。工件的尺 寸精度取决于机床的精度,常用于数控机床上加工。
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