影响加工精度的因素

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the structure of sliding bearing
• 分两类讨论:
(1)工件旋转类机床(车、磨):切削力方向基本不变, 主轴受力方向基本稳定,主轴轴颈不同部位被压向轴承 的表面的某个部位。 主轴轴颈误差—直接传给工件,造成工件圆度误差 轴承孔误差—对加工精度影响很小。
(2)刀具回转类机床(钻、铣、镗):主轴所受切削力 方向随刀具旋转而变化。 轴承孔圆度误差—传给工件 轴颈误差—影响不大
r0
d

2r

H
2 y
r0
圆柱面成
为双曲面
z d tan
2
平面成为 内凹或外凸
镗削时:若工件直线进给运动与镗杆回转轴线不平行


2
4
dc
圆孔成为椭圆孔
铣削时:若端铣刀回转轴线与工作台直线进给运动不垂直
移位方向


dc
1
2

1

B dc
2

sin
导轨在水平面内的直线度误差
linearity error of guideway in horizontal surface
• 如图示:Δ1
• 影响:直接反映在被加 工表面的法方向y上(加 工误差的敏感方向), 此误差对加工精度影响 最大。 由图:4-1
ΔR1=Δ1
导轨在垂直面内的直线度误差
linearity error of guide way in normal surface
• 刀具误差:含制造和磨损两个方面。 • 制造对加工精度的影响随刀具种类的不同而不同:
①采用定尺寸刀具(钻头、铰刀、内孔拉刀等)成形刀 具展成刀具加工时,刀具的制造误差会直接影响工件的 加工精度; ②而对一般刀具(如车刀、刨刀等),其制造误差对工 件加工精度无直接影响。 ③定尺寸刀具,刀具精度尺寸直接影响工件尺寸精度 ④展成法刀具(滚、插齿):切削刃形、安装调制不正 确都会影响加工表面形状精度。
影响加工精度的因素
内容
◆机床误差 ◆工艺系统受力变形引起加工误差 ◆工艺系统热变形引起的加工误差 ◆工件内应力引起的变形
基本概念
工艺系统:机床—夹具—刀具—工件构成的一个完整的系统。 举例:车削加工 工件-夹具-车床主轴(旋转运动) 刀具-刀架(横向纵向滑动)
原始误差:工艺系统的种种误差,是造成零件加工误差的根源。又 称为机械加工误差。
车削蜗杆:用阿基米德蜗杆来代替渐开线基本蜗杆,方便制 造,但会产生原理误差。
用模数铣刀铣齿轮时的齿形误差
机床几何误差
the geometry error of machine tool
包含三个方面:机床制造误差;机床安装误差;机床磨损误
差。
机床几何误差中对加工精度影响较大的误差有:
1、主轴回转误差(主轴轴线对导轮平行度;回转精度) 2、导轨误差(平行度;直线度) 3、传动链误差(主轴到丝杠间传动精度)
主轴轴向窜动对加工精度的影响
◆产生主要原因:是主轴 轴肩端面和轴承承载 端面对主轴回转轴线 有垂直度误差。
◆影响: (1)对内、外圆加工没影响, 但加工的端面则与内、外圆面 不垂直(下图a)。 (2)加工螺纹时,主轴的轴向 窜动将使单个螺距产生周期误 差( b)。
主轴回转纯角度摆动对加工精度的影响
采用滑动轴承时的径向圆跳动分析
Radial round pulsate analysis using sliding bearing
举例1:在采用滑动轴承结构为主轴的车床上车削外圆 时,切削力F的作用方向可认为大体上时不变的。
车、磨、—工件转 在切削力F的作用下,主轴颈 以不同的部位和轴承内径的某 一固定部位相接触,此时主轴 颈的圆度误差对主轴径向回转 精度影响较大,而轴承内径的 圆度误差对主轴径向回转精度 的影响则不大。
注意:在设计制造中,应根据具体要求,分别对主轴颈和 轴承孔提出相应圆度公差以及二者间配合间隙情况。
滚动轴承结构
the structure of rolling bearing
a、滚动轴承精度 影响主轴回转精度因素:
b、轴承配合件(主轴轴颈、箱体上的 孔)的精度
分析:切削过程中,主轴与内环一起转动,主轴回转精度与以下因 素相关: (1)内、外环滚道的圆度误差 (2)内外环壁厚差(因壁薄易变形) (3)滚动体的尺寸差及圆度差
提高成形运动间速度关系精度的措施 (1) 尽量减少传动件数目,缩短传动链长度 (2)采用降速传动( i≤1) (3)保证高精度的传动零部件制造、总装调试和维修
(4)传动误差检测与补偿
主轴回转误差
the rotary error of spindle
• 机床主轴:是装夹工件或刀具的基准,并将运动和动力传给工件 或刀具。
滚齿机
各传动件传动误差对 工件精度影响的总和为:
n
n
Δ jn K j j
j 1
j 1
影响速度关系精度的因素 机床传动链中各传动元件的制造误差、装配误差 以及磨损等,都会破坏正确的运动关系,造成工件和 刀具运动相对速度的不准确,从而产生加工误差。 在降速链中的低速传动件误差的影响最大。
• 结构分类:
①滑动轴承—适合转速高、冲击大和有振动的场合;结构多为 剖分式。 ②滚动轴承—摩擦损耗小,维护简单。
主轴回转误差
the rotary error of spindle
• 主轴回转误差: 指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平 均回转轴线的变动量。它可分解为径向圆跳动、轴向窜 动和角度摆动三种基本形式。
• 如图示:Δ 2 • 影响:可引起被加工
工件的形状误差和尺寸误差。 但△2对加工精度的影响要比 △1小得多。
• △R2= △22/(2R)
推导:
△obc可视为等腰△
∠abd =90o-(180o-φ )/2 = φ /2, 因φ 很小,故△R2 ≈ Δ 2 •φ /2= Δ 22 /(2R)
误差敏感方向:加工表面法向,原始误差引起的加工误差最大。



原理误差
Principle error
• 概念:加工过程中,由于采用了近似的加工运动或近似的刀具
形状而产生的加工误差。 • 采用近似加工运动的目的:使机床结构不致太复杂,比较经济。 • 采用近似的刀具形状:便于刀具制造或精度保证。 • 实例分析1:在车床上车削蜗杆 • 实例分析2:在铣床上用模数铣刀加工渐开线齿轮 • 实例分析3:复杂轮廓曲面的加工,数控插补误差
短三瓦自位轴承
• 每一个滑动轴承由三块扇形轴瓦组成。每块轴瓦都支承在球 面支承螺钉的球面上。调节球面支承螺钉的位置,即可调整 轴承的间隙(通常间隙为0.015~0.025mm)。短三瓦轴承是 动压型液体滑动轴承。的回转精度和刚度 较高。
采用固定顶尖磨削外圆
用镗床夹具(镗模)镗孔
一般镗模是由定位元件、夹紧装置、引导元件(镗套)和夹具 体(镗模支架和镗模底座)四部分组成。
误差敏感方向 R X
误差非敏感方向 R Y 2 2R0
两导轨间的平行度误差(扭曲)
the parallelism error between two rail (distortion)
影响:刀架运动时产生摆动, 刀尖运动是一条空间曲线, 使工件产生形状误差。
计算: Δ y : H= Δ 3: B
H—车床中心高 B—导轨宽度 Note: 通常车床的H/B≈2/3, 可见车床前后导轨的平行度 误差对加工精度的影响很大。
其他导轨误差
• 除了导轨本身的制造误差外,导轨的不均匀磨损 和安装质量,也使造成导轨误差的重要因素。导 轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。
提高导轨直线运动精度的措施
合理的导轨形状和组合形式
导轨误差
Guideway Error
导轨:确定主要部件相对位置的基准,也是尾架、溜板箱 等部件移动的基准。
导轨误差:
形状误差
a、导轨在水平面内的直线度误差
b、导轨在垂直面内的直线度误差
位置误差:c、两导轨间的平行度误差(扭曲)
影响分析: a-使刀尖水平面内产生Δy位移,影响工件表面圆柱度 b-使刀尖水平面内产生Δz位移,影响? c-影响工件圆柱度
改善制造精度、接触精度和 精度保持性
90o 双三角导轨 适当加长工作台
配磨、刮研 耐磨损
采用静压导轨
均化作用 防磨损
成形运动之间的相互关系精度
① 成形运动间位置关系的影响与控制 车削时:
刀具与工件回转轴 线在zx面内不平行
d 2x
圆柱面成 为圆锥面
刀具与工件回转轴线 在空间交错不平行
刀具直线运动与工件 回转轴线不垂直
误差分类(按机械加工过程分类): 加工前的误差 加工中的误差 加工后的误差
机械加工误差列表
机械加工误差
加工前的误差
加工中的误差
加工后的误差
原机 安 理床 装 误误 误 差差 差
刀 具 夹 具 误 差

整工 误艺 差系
统 受 力 变 形
工 艺 系 统 受 热 变 形
刀 具 磨 损
度 量 误 差
内 应 力 引 起
镗车床尾架孔镗模 1 —支架 2 —镗套 3 、 4 —定位板 5 、 8 —压板 6 —夹紧螺钉
7 —可调支承钉 9 —镗刀杆 10 —浮动接头
工件不用顶尖来定心和 支承,而是直接将工件 放在砂轮子和导轮子之 间,由托板支承,工件 被磨削的外圆面作定位
面。
刀具的几何误差
the geometry error of cutting tool

平面下凹
移位加工可使误差从 Δ 减小至Δ΄
提高成形运动间相互位置关系精度的措施 使用几何精度高的机床(决定因素) 保证高精度的零部件制造、总装调试和维修 误差车、磨螺纹以及滚齿、插齿、磨齿等加工,要求各成形运 动之间具有准确的速度关系
速度关系误差对加工精度的影响
• 影响:被加工工件的精度(形状、位置精度)和表面粗 糙度。
• 产生主轴径向回转误差的主要原因: ①主轴几段轴颈的同轴度误差 ②轴承本身的各种误差(内、外环和滚动体误差) ③轴承之间的同轴度误差 ④主轴挠度 Note: 它们对主轴径向回转精度的影响大小随加工方式的
不同而不同。下面将举例说明。
滑动轴承结构
• 机床主轴结构:一般为多阶梯轴结构,其支承也常为多支承系统。 如图:为某机床主轴的三支承系统,受力为P1,P2,力矩m1,设
计结构(分七段)。过去多采用经验和直观方法设计,主要考虑 “安全寿命可行性”,而现在多采用有限元和优化设计理论进行 设计。
机床主轴的支承
The supporting of the machine tool spindle
镗模的两个支承分别设 置在刀具的前方和后方, 镗刀杆 9 和主轴浮动 联接。工件以底面槽及 侧面在定位板 3 、 4 及可调支承钉 7 上定 位,采用联动夹紧机构, 拧紧夹紧螺钉 6 ,压 板 5 、 8 同时将工件 夹紧。镗模支架 1 上 用回转镗套 2 来支承 和引导镗杆。镗模以底 面 A 安装在机床工作 台上,其位置用 B 面 找正。
刀具磨损对加工精度的影响
刀具在切削过程中磨损会引起工件尺寸和形状地改 变。车削外圆时,刀具的逐渐磨损会使工件产生锥 度误差(如图)。
◆主轴回转时的纯角摆动,在车削外圆时仍然可以得到一 个圆形工件,但工件是一个圆锥体。
◆在镗床上镗孔时,镗出的孔则为椭圆形。见动画。
提高主轴回转精度的途径
ways to raise the rotary precision of spindle
1、设计和制造高回转精度的主轴部件
关键:提高轴承精度 用精密滚动轴承并加预载,消除间隙、提高刚度;改进滑动轴 承结构(短三瓦自位轴承);使用液、气静压轴承,刚度高、精 度高、工艺性好。 举例:滚动轴承支承,工件圆度最高可达0.6μ m ;而采用静 压滑动轴承支承,工件圆度最高可达0.5 μ m 2、使回转精度不依赖于机床主轴或者隔离主轴回转误差的影响 举例:在外圆磨床上采用死顶尖磨削外圆,由拨销带动工件转 动,只需修磨顶尖孔,以提高两中心孔质量(形状精度和两孔同 轴度);另外,采用镗模,或者采用无心磨加工。
采用滑动轴承时的径向圆跳动分析
Radial round pulsate analysis using sliding bearing
举例2:在镗床上镗孔时,由于切削力F的作用方向随着主 轴的回转而回转。
钻、铣、镗—刀具转 在切削力F的作用下,主轴总是 以其轴颈某一固定部位与轴承内 表面的不同部位接触,因此,轴 承内表面的圆度误差对主轴径向 回转精度影响较大,而主轴颈圆 度误差的影响则不大。图中的δd 表示径向跳动量。
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